DE102022118851A1 - PHOTOCHROMIC POLYMER COMPOSITION - Google Patents
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
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Abstract
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine photochrome Polymerzusammensetzung aus einem Polymer Polycarbonat (PC) und Poly(methylmethacrylat) (PMMA) und einer photochromen Verbindung, ausgewählt aus einem Spiropyran und einem Diarylethen, sowie Artikel, die diese Zusammensetzung enthalten. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf Verfahren zur Herstellung der photochromen Polymerzusammensetzung und zur Herstellung von Artikeln, die die photochrome Polymerzusammensetzung enthalten.The present invention relates to a photochromic polymer composition composed of a polymer polycarbonate (PC) and poly(methyl methacrylate) (PMMA) and a photochromic compound selected from a spiropyran and a diarylethene, and articles containing this composition. The present invention further relates to methods for producing the photochromic polymer composition and for producing articles containing the photochromic polymer composition.
Description
EinleitungIntroduction
Im Automobilsektor wurden die ersten Kunststoffteile in den 1970er Jahren eingeführt, um das Gewicht und den Preis von Autos zu senken. Seitdem ist der Anteil von Kunststoffen in Fahrzeugen stetig gestiegen und liegt heute bei 20 % der Gesamtmasse eines Fahrzeugs. Um den hohen Produktionsraten der Automobilindustrie gerecht zu werden, wird das Kunststoffspritzgussverfahren häufig zur Formgebung von Teilen eingesetzt. Mit diesem Verfahren können identische Artikel in hoher Geschwindigkeit aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, um sehr unterschiedliche Geometrien und Oberflächen zu erlangen. Ein großer Teil an Türverkleidungen, Armaturenbrettern und Mittelkonsolen besteht aus gespritzten thermoplastischen Teilen. Um immer innovativere Konstruktionen zu schaffen, können Farben, Texturen und Kontraste variiert werden. Dies erfordert immer komplexere und technischere Werkzeuge, wobei die Spritzgussmaschinen und ihre Formen bereits sehr teuer sind und eine aufwendige und teure Konstruktion erfordern.In the automotive sector, the first plastic parts were introduced in the 1970s to reduce the weight and price of cars. Since then, the proportion of plastics in vehicles has increased steadily and is now 20% of a vehicle's total mass. To meet the high production rates of the automotive industry, plastic injection molding is often used to shape parts. This process allows identical items to be manufactured at high speed from different materials to achieve very different geometries and surfaces. A large part of door panels, dashboards and center consoles consist of injected thermoplastic parts. In order to create ever more innovative constructions, colors, textures and contrasts can be varied. This requires increasingly complex and technical tools, although the injection molding machines and their molds are already very expensive and require a complex and expensive design.
Oft ist ein Artikel gewünscht, der aus zwei Teilen besteht: einem transparenten Teil, der Licht durchlässt, und einem undurchsichtigen Teil, der kein Licht durchlässt. Derzeit wird diese Art von Artikel in dem Zweikomponenten-Spritzgussverfahren (ein transparentes und ein undurchsichtiges Material) hergestellt. Dies erfordert spezielle und teure Pressen und Formen. Außerdem ist die Geometrie der Teile durch die Konstruktion der Formen begrenzt, und die räumliche Auflösung zwischen dem undurchsichtigen und dem transparenten Teil erreicht nicht die manchmal erforderlichen sehr engen Toleranzen. Um eine gute Auflösung zu erreichen, muss die Schnittstelle aus molekularer Sicht kontrolliert werden, weshalb eher chemische als mechanische Systeme verwendet werden.Often an item is desired that consists of two parts: a transparent part that allows light to pass through and an opaque part that does not allow light to pass through. Currently, this type of item is manufactured using the two-component injection molding process (one transparent and one opaque material). This requires special and expensive presses and molds. In addition, the geometry of the parts is limited by the design of the molds and the spatial resolution between the opaque and transparent parts does not reach the very tight tolerances sometimes required. To achieve good resolution, the interface must be controlled from a molecular perspective, which is why chemical rather than mechanical systems are used.
Um diese Nachteile zu überwinden, könnte die Entwicklung eines neuen Materials das komplexe, teure und geometrisch begrenzte Verfahren ersetzen. insbesondere die Einbindung einer chemischen Spezies, der so genannten photochromen Verbindungen, in das transparente Material würde es ermöglichen, ein intelligentes Material zu erlangen, das programmiert ist, um je nach Lichteinfall trüber zu werden. Diese Verbindungen besitzen nämlich die Fähigkeit, unter Lichteinstrahlung die Farbe zu ändern. Das modifizierte Material könnte in einem einzigen Schritt spritzgegossen werden, und der resultierende 3D-Artikel könnte an der Oberfläche und auch im gesamten Bereich durch Lichteinwirkung selektiv transparent oder gefärbt bzw. sogar undurchsichtig sein. Dieses Verfahren hätte daher den Vorteil, dass es die Kosten für Konstruktion und Werkzeugbau senkt und den Zugang zu neuen, komplexeren Geometrien des sich entwickelnden Materials ermöglicht.To overcome these disadvantages, the development of a new material could replace the complex, expensive and geometrically limited process. In particular, the incorporation of a chemical species called photochromic compounds into the transparent material would make it possible to obtain an intelligent material programmed to become cloudier depending on the incidence of light. These compounds have the ability to change color when exposed to light. The modified material could be injection molded in a single step, and the resulting 3D article could be selectively transparent, colored, or even opaque on the surface and throughout the area by exposure to light. This process would therefore have the advantage of reducing design and tooling costs and providing access to new, more complex geometries of the developing material.
Um die photochromen Verbindungen in die thermoplastische Matrix einzubringen, wird generell eine lösungsmittelbasierte Technik verwendet. Bei diesem weit verbreiteten Verfahren werden die photochromen Verbindungen mit dem Thermoplast in einem Lösungsmittel gelöst, das anschließend verdampft wird. Diese Technik involviert jedoch flüchtige organische Verbindungen (VOC), die in der industriellen Umgebung unerwünscht sind, und es können keine starken Teile erlangt werden. Compounding und Spritzgießen ohne Lösungsmittel erfordert jedoch hohe Temperaturen, die die photochromen Verbindungen zersetzen können.A solvent-based technique is generally used to introduce the photochromic compounds into the thermoplastic matrix. In this widely used process, the photochromic compounds are dissolved with the thermoplastic in a solvent, which is then evaporated. However, this technique involves volatile organic compounds (VOCs), which are undesirable in the industrial environment, and strong parts cannot be obtained. However, compounding and injection molding without solvents requires high temperatures that can degrade the photochromic compounds.
Optov et al., Polym Sci Ser B, 2018, verweisen auf ein zweistufiges Verfahren, bei dem 1 Gew.-% Spiropyran-Pulver mit Polypropylen-Granulat gründlich gemischt wird, um eine Diffusion in die Oberfläche des Granulats anstelle einer homogenen Vermischung zu ermöglichen, gefolgt von einem Pressen bei 260 °C zu Schichten von 100 µm. Die dünnen Schichten färbten sich bei Beleuchtung schnell und entfärbten sich im Dunkeln ebenfalls schnell. Ohne der Theorie verpflichtet zu sein, können solche dünnen Schichten die molekulare Organisation der photochromen Verbindung in der Polymermatrix und den Kern-Hülle-Effekt während der Alterung beeinflussen.Optov et al., Polym Sci Ser B, 2018, refer to a two-step process in which 1 wt% spiropyran powder is thoroughly mixed with polypropylene granules to allow diffusion into the surface of the granules instead of homogeneous mixing , followed by pressing at 260 °C into layers of 100 µm. The thin layers colored quickly when illuminated and also faded quickly in the dark. Without being bound by theory, such thin films can influence the molecular organization of the photochromic compound in the polymer matrix and the core-shell effect during aging.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Zusammensetzungen bereitzustellen, umfassend ein Polymer und eine photochrome Verbindung, die zum Herstellen eines Artikels mit einem transparenten und homogenen Erscheinungsbild verwendet werden können, der einen hohen Kontrast zwischen den belichteten und nicht belichteten Teilen aufweist, der eine räumliche Auflösung im Mikrometerbereich für den Farbwechsel aufweist, der je nach Anwendung eine permanente (irreversible) oder nichtpermanente (reversible) Färbung aufweist und niedrige Produktionskosten hat und eine Stärke von mindestens 1 mm aufweist.It is therefore an object of the present invention to provide compositions comprising a polymer and a photochromic compound which can be used to produce an article with a transparent and homogeneous appearance, having a high contrast between the exposed and unexposed parts, which is a has spatial resolution in the micrometer range for color change, which has a permanent (irreversible) or non-permanent (reversible) color depending on the application and has low production costs and has a thickness of at least 1 mm.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches und zuverlässiges Verfahren zum Herstellen eines Artikels bereitzustellen, umfassend ein Polymer und eine photochrome Verbindung, das in Abwesenheit von Lösungsmitteln durchgeführt werden kann, ohne oder mit vernachlässigbarer Degradation der photochromen Verbindung.A further object of the present invention is to provide a simple and reliable method of manufacturing an article comprising a polymer and a photochromic compound which can be carried out in the absence of solvents with no or negligible degradation of the photochromic compound.
Eine weiteres Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Gegenstände bereitzustellen, die ausreichend stark und stabil sind, um als Automobilteile verwendet zu werden.Another object of the present invention is to provide articles that are sufficiently strong and stable to be used as automobile parts.
Zusammenfasung der ErfindungSummary of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine photochrome Polymerzusammensetzung, umfassend:
- (a) 90,00 bis 99,99 Gew.-% eines Polymers, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polycarbonat (PC) und Poly(methylmethacrylat) (PMMA) und Gemischen davon; und
- (b) 0,01 bis 10,00 Gew.-% mindestens einer photochromen Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
- (i) einem Spiropyran der Formel (I)
- (ii) einem Diarylethen der Formel (IIa), (IIb) oder (IIc)
- (i) einem Spiropyran der Formel (I)
- (a) 90.00 to 99.99% by weight of a polymer selected from the group consisting of polycarbonate (PC) and poly(methyl methacrylate) (PMMA) and mixtures thereof; and
- (b) 0.01 to 10.00% by weight of at least one photochromic compound selected from the group consisting of:
- (i) a spiropyran of the formula (I)
- (ii) a diarylethene of the formula (IIa), (IIb) or (IIc)
- (i) a spiropyran of the formula (I)
Bevorzugt ist R1 ausgewählt aus Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, Ethenyl, Propen-1-yl, Buten-1-yl, Penten-1-yl, Hexen-1-yl, Hydroxymethyl, 1-Hydroxyethyl, 1-Hydroxypropyl, 2-Hydroxypropyl, 1-Hydroxybutyl, 1-Hydroxypentyl, 1-Hydroxyhexyl. Mehr bevorzugt ist R1 ausgewählt aus Methyl und 1-Hydroxyethyl.R 1 is preferably selected from methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl, ethenyl, propen-1-yl, buten-1- yl, penten-1-yl, hexen-1-yl, hydroxymethyl, 1-hydroxyethyl, 1-hydroxypropyl, 2-hydroxypropyl, 1-hydroxybutyl, 1-hydroxypentyl, 1-hydroxyhexyl. More preferably, R 1 is selected from methyl and 1-hydroxyethyl.
Bevorzugt sind R2 und R3 unabhängig ausgewählt sind aus Methyl, Ethyl, n-Propyl, n-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, Ethenyl, Propen-1-yl, Buten-1-yl, Penten-1-yl, Hexen-1-yl, oder wobei R2 und R3 zusammen Cyclopentyl, Cyclohexyl oder Cycloheptyl bilden. Mehr bevorzugt sind R2 und R3 beide Methyl oder R2 und R3 bilden zusammen Cyclohexyl.Preferably R 2 and R 3 are independently selected from methyl, ethyl, n-propyl, n-butyl, n-pentyl, n-hexyl, ethenyl, propen-1-yl, buten-1-yl, penten-1-yl , hexen-1-yl, or where R 2 and R 3 together form cyclopentyl, cyclohexyl or cycloheptyl. More preferably, R 2 and R 3 are both methyl or R 2 and R 3 together form cyclohexyl.
Bevorzugt sind R4, R5 und R6 unabhängig ausgewählt aus H, -NO2, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, Ethenyl, Propen-1-yl, Buten-1-yl, Penten-1-yl, Hexen-1-yl, Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy, iso-Propoxy, n-Butoxy, sec-Butoxy, tert-Butoxy, n-Pentoxy, n-Hexoxy.R 4 , R 5 and R 6 are preferably independently selected from H, -NO 2 , methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl , ethenyl, propen-1-yl, buten-1-yl, penten-1-yl, hexen-1-yl, methoxy, ethoxy, n-propoxy, iso-propoxy, n-butoxy, sec-butoxy, tert-butoxy , n-pentoxy, n-hexoxy.
Bevorzugt sind R4, R5 und R6 unabhängig ausgewählt aus H, -NO2, Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy, iso-Propoxy, n-Butoxy, sec-Butoxy, tert-Butoxy, n-Pentoxy, n-Hexoxy.R 4 , R 5 and R 6 are preferably independently selected from H, -NO 2 , methoxy, ethoxy, n-propoxy, iso-propoxy, n-butoxy, sec-butoxy, tert-butoxy, n-pentoxy, n-hexoxy .
Bevorzugt sind R4, R5 und R6 unabhängig ausgewählt aus H, -NO2, Methyl, sec-Butyl und Methoxy. Bevorzugt ist eines von R4, R5 und R6 -NO2.Preferably R 4 , R 5 and R 6 are independently selected from H, -NO 2 , methyl, sec-butyl and methoxy. Preferred is one of R 4 , R 5 and R 6 -NO 2 .
Bevorzugt sind R8 und R8' identisch und sind ausgewählt aus H, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, Ethenyl, Propen-1-yl, Buten-1-yl, Penten-1-yl und Hexen-1-yl. Mehr bevorzugt sind R8 und R8' identisch sind und sind ausgewählt aus Methyl und Ethyl, noch mehr bevorzugt sind R8 und R8' identisch und sind Methyl.R 8 and R 8' are preferably identical and are selected from H, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl, ethenyl, propene -1-yl, buten-1-yl, penten-1-yl and hexen-1-yl. More preferably R 8 and R 8' are identical and are selected from methyl and ethyl, even more preferably R 8 and R 8' are identical and are methyl.
Bevorzugt sind R9 und R9' identisch und sind ausgewählt aus H, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, Ethenyl, Propen-1-yl, Buten-1-yl, Penten-1-yl, Hexen-1-yl, Phenyl und Benzyl. Mehr bevorzugt sind R9 und R9, identisch und sind ausgewählt aus Methyl und Phenyl.R 9 and R 9' are preferably identical and are selected from H, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl, ethenyl, propene -1-yl, buten-1-yl, penten-1-yl, hexen-1-yl, phenyl and benzyl. More preferably, R 9 and R 9 are identical and are selected from methyl and phenyl.
Bevorzugt sind R10 und R10', identisch und sind ausgewählt aus H, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, Ethenyl, Propen-1-yl, Buten-1-yl, Penten-1-yl, Hexen-1-yl, Phenyl und Benzyl. Mehr bevorzugt sind R10 und R10', identisch und sind ausgewählt aus H oder Methyl;R 10 and R 10' are preferably identical and are selected from H, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl, ethenyl, Propen-1-yl, Buten-1-yl, Penten-1-yl, Hexen-1-yl, Phenyl and Benzyl. More preferably, R 10 and R 10' are identical and are selected from H or methyl;
Bevorzugt sind R11 und R11' identisch und sind ausgewählt aus H, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, Ethenyl, Propen-1-yl, Buten-1-yl, Penten-1-yl, Hexen-1-yl, Phenyl und Benzyl. Mehr bevorzugt sind R11 und R11' identisch und sind ausgewählt aus H oder Methyl;R 11 and R 11' are preferably identical and are selected from H, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl, ethenyl, propene -1-yl, buten-1-yl, penten-1-yl, hexen-1-yl, phenyl and benzyl. More preferably, R 11 and R 11' are identical and are selected from H or methyl;
Am meisten bevorzugt ist das Spiropyran ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
Am meisten bevorzugt ist das Diarylethen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
Bevorzugt ist die photochrome Verbindung in einer Menge von 0,01 bis 5,00 Gew.-%, mehr bevorzugt in einer Menge von 0,01 bis 2,00 Gew.-%, noch mehr bevorzugt in einer Menge von 0,01 bis 0,90 Gew.-%, noch mehr bevorzugt in einer Menge von 0,01 bis 0,60 Gew.-%, am meisten bevorzugt in einer Menge von 0,03 bis 0,60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der photochromen Polymerzusammensetzung, enthalten.Preferably the photochromic compound is in an amount of 0.01 to 5.00% by weight, more preferably in an amount of 0.01 to 2.00% by weight, even more preferably in an amount of 0.01 to 0.90% by weight, more preferably in an amount of 0.01 to 0.60% by weight, most preferably in an amount of 0.03 to 0.60% by weight, based on the total weight the photochromic polymer composition.
Es ist bevorzugt, dass die mindestens eine photochrome Verbindung, die in der photochromen Polymerzusammensetzung enthalten ist, ausgewählt ist aus Spiropyranen der Formel (I). Alternativ ist bevorzugt, dass die mindestens eine photochrome Verbindung, die in der photochromen Polymerzusammensetzung enthalten ist, ausgewählt ist aus Diarylethenen der Formel (IIa), (IIb) oder (IIc).It is preferred that the at least one photochromic compound contained in the photochromic polymer composition is selected from spiropyrans of formula (I). Alternatively, it is preferred that the at least one photochromic compound contained in the photochromic polymer composition is selected from diarylethenes of the formula (IIa), (IIb) or (IIc).
Bevorzugt ist das Spiropyran in einer Menge von 0,01 bis 5,00 Gew.-%, mehr bevorzugt in einer Menge von 0,01 bis 2,00 Gew.-%, noch mehr bevorzugt in einer Menge von 0,01 bis 0,90 Gew.-%, noch mehr bevorzugt in einer Menge von 0,01 bis 0,60 Gew.-%, am meisten bevorzugt in einer Menge von 0,10 bis 0,60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der photochromen Polymerzusammensetzung, enthalten.Preferably the spiropyran is in an amount of 0.01 to 5.00% by weight, more preferably in an amount of 0.01 to 2.00% by weight, even more preferably in an amount of 0.01 to 0 .90% by weight, more preferably in an amount of 0.01 to 0.60% by weight, most preferably in an amount of 0.10 to 0.60% by weight, based on the total weight of the photochromic polymer composition.
Bevorzugt ist das Diarylethen in einer Menge von 0,01 bis 10,00 Gew.-%, mehr bevorzugt von 0,01 bis 5,00 Gew.-%, mehr bevorzugt von 0,01 bis 2,00 Gew.-%, noch mehr bevorzugt von 0,01 bis 0,90 Gew.-%, noch mehr bevorzugt von 0,03 bis 0,60 Gew.-%, noch mehr bevorzugt von 0,08 bis 0,60 Gew.-%, am meisten bevorzugt von 0,10 bis 0,60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der photochromen Polymerzusammensetzung, enthalten.Preferably the diarylethene is in an amount of 0.01 to 10.00% by weight, more preferably from 0.01 to 5.00% by weight, more preferably from 0.01 to 2.00% by weight, even more preferably from 0.01 to 0.90 wt%, even more preferably from 0.03 to 0.60 wt%, even more preferably from 0.08 to 0.60 wt%, most preferably from 0.10 to 0.60% by weight, based on the total weight of the photochromic polymer composition.
Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung frei von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) ist. Bevorzugt umfasst die Zusammensetzung 0,05 oder weniger, mehr bevorzugt 0,01 Gew.-% oder weniger an VOC, bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung.It is preferred that the composition be free of volatile organic compounds (VOC). Preferably the composition comprises 0.05 or less, more preferably 0.01% by weight or less of VOC based on the total amount of the composition.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf einen Artikel, bevorzugt einen SpritzgussArtikel, umfassend die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung. Bevorzugt ist der Artikel in Form eines Films, einer Platte oder eines Paneels.The present invention further relates to an article, preferably an injection molded article, comprising the composition of the present invention. The article is preferably in the form of a film, a plate or a panel.
Es ist ferner bevorzugt, dass der Artikel eine Lichtdurchlässigkeit von 7 % oder weniger aufweist, bestimmt nach DIN EN ISO 13468-1, 2 bei Beleuchtung oder bestimmt nach DIN EN ISO 8980-1.It is further preferred that the article has a light transmittance of 7% or less, determined according to DIN EN ISO 13468-1, 2 under illumination or determined according to DIN EN ISO 8980-1.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung der photochromen Zusammensetzung, das Verfahren umfassend ein Compounding von PC oder PMMA und einer photochromen Verbindung, um die thermoplastische Zusammensetzung zu bilden. Bevorzugt wird das Compounding bei einer Temperatur in dem Bereich von 180 bis 230 °C ausgeführt.The present invention further relates to a process for producing the photochromic composition, the process comprising compounding PC or PMMA and a photochromic compound to form the thermoplastic composition. The compounding is preferably carried out at a temperature in the range from 180 to 230 ° C.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf die Herstellung eines Artikels, umfassend die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung, das Verfahren umfassend ein Compounding von PC oder PMMA und einer photochromen Verbindung, um die thermoplastische Zusammensetzung zu bilden, gefolgt von Einspritzen und Formen der thermoplastischen Zusammensetzung zu dem Artikel.The present invention further relates to the manufacture of an article comprising the composition of the present invention, the method comprising compounding PC or PMMA and a photochromic compound to form the thermoplastic composition, followed by injecting and molding the thermoplastic composition into the Article.
Bevorzugt wird das Compounding in dem Verfahren zur Herstellung des Artikels bei einer Temperatur in dem Bereich von 180 bis 230 °C ausgeführt. Bevorzugt wird das Einspritzen zur Herstellung des Artikels bei einem Temperaturgradienten in dem Bereich von 220 bis 350 °C ausgeführt. Bevorzugt wird das Formen zur Herstellung des Artikels bei einer Temperatur in dem Bereich von 80 bis 120 °C ausgeführt.Preferably, the compounding in the process for producing the article is carried out at a temperature in the range of 180 to 230 ° C. The injection to produce the article is preferably carried out at a temperature gradient in the range of 220 to 350 ° C. Preferably, the molding to produce the article is carried out at a temperature in the range of 80 to 120°C.
Bevorzugt werden die Verfahren der vorliegenden Erfindung in Abwesenheit von flüchtigen organischen Komponenten (VOC) ausgeführt.Preferably, the processes of the present invention are carried out in the absence of volatile organic components (VOC).
Sofern nicht anders angegeben, sind die Mengen der einzelnen Verbindungen in Gewichtsprozent (Gew.-%, Gew./Gew.) bezogen auf die Gesamtmenge der photochromen Polymerzusammensetzung der vorliegenden Erfindung angegeben.Unless otherwise stated, the amounts of the individual compounds are given in percent by weight (wt.%, wt./wt.) based on the total amount of the photochromic polymer composition of the present invention.
Ausführliche Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zusammensetzung, umfassend ein Polymer und eine photochrome Verbindung, einen Artikel, der diese Zusammensetzung enthält, und Verfahren zur Herstellung der Zusammensetzung bzw. des Artikels.The present invention relates to a composition comprising a polymer and a photochromic compound, an article containing this composition and methods for producing the composition or article.
Photochrome PolymerzusammensetzungPhotochromic polymer composition
Dementsprechend bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine photochrome Polymerzusammensetzung, umfassend:
- (a) 90,00 bis 99,99 Gew.-% eines Polymers, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polycarbonat (PC) und Poly(methylmethacrylat) (PMMA) und Gemischen davon; und
- (b) 0,01 bis 10,00 Gew.-% mindestens einer photochromen Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
- (i) einem Spiropyran der Formel (I)
- (ii) einem Diarylethen der Formel (IIa), (IIb) oder (IIc)
- (i) einem Spiropyran der Formel (I)
- (a) 90.00 to 99.99% by weight of a polymer selected from the group consisting of polycarbonate (PC) and poly(methyl methacrylate) (PMMA) and mixtures thereof; and
- (b) 0.01 to 10.00% by weight of at least one photochromic compound selected from the group consisting of:
- (i) a spiropyran of the formula (I)
- (ii) a diarylethene of the formula (IIa), (IIb) or (IIc)
- (i) a spiropyran of the formula (I)
PolymerePolymers
In der vorliegenden Erfindung werden Poly(methylmethacrylate) (PMMA) und Polycarbonate (PC) als polymere Materialien in Betracht gezogen. Diese Polymerklassen weisen thermoplastische Eigenschaften auf und werden aufgrund ihrer für diesen Bereich geeigneten mechanischen und optischen Eigenschaften häufig in der Automobilindustrie verwendet.In the present invention, poly(methyl methacrylates) (PMMA) and polycarbonates (PC) are considered as polymeric materials. These classes of polymers exhibit thermoplastic properties and are often used in the automotive industry due to their mechanical and optical properties suitable for this area.
Thermoplaste sind eine Klasse von Polymeren, die bei steigender Temperatur weich werden, ohne sich zu zersetzen, und die beim Abkühlen wieder erstarren. Der Übergang zwischen dem glasartigen (festen) und dem gummiartigen Zustand erfolgt bei der Glasübergangstemperatur (Tg), der Temperatur, bei der die Polymerketten genügend Energie haben, um an Beweglichkeit zu gewinnen. Nach und nach kommt es zu Drehbewegungen der Kettensegmente, was zu einer Erweichung des Materials führt.Thermoplastics are a class of polymers that soften as temperature increases without decomposing and solidify again when cooled. The transition between the glassy (solid) and rubbery states occurs at the glass transition temperature (Tg), the temperature at which the polymer chains have enough energy to gain mobility. Little by little, the chain segments begin to rotate, which leads to a softening of the material.
Wenn die Temperatur erhöht wird und das Material weich und verformbar geworden ist, kann es in die gewünschte Form gebracht werden, um Pellets, Drähte, Platten oder komplexere Objekte zu erlangen. Generell kann das Material im Gegensatz zu duroplastischen Werkstoffen über mehrere Zyklen hinweg neu geformt und somit recycelt werden. Aufgrund dieser Eigenschaft sind Extrusions- und Spritzgussverfahren für Thermoplaste besonders geeignet. Diese Verfahren ermöglichen die kostengünstige Herstellung von Teilen in großen Serien und sind daher in der Industrie, insbesondere im Automobilsektor, weit verbreitet.When the temperature is increased and the material has become soft and malleable, it can be formed into the desired shape to obtain pellets, wires, plates or more complex objects. In contrast to thermoset materials, the material can generally be reshaped over several cycles and therefore recycled. Due to this property, extrusion and injection molding processes are particularly suitable for thermoplastics. These processes enable the cost-effective production of parts in large series and are therefore widely used in industry, particularly in the automotive sector.
PMMA und PC sind ferner transparente Materialien von optischer Qualität, die für den Innenraum von Fahrzeugen geeignet sind. Diese Thermoplaste erfüllen die im Automobilbereich geforderten optischen und mechanischen Eigenschaften und weisen eine ausgezeichnete Stabilität auf. Sie sind transparent für sichtbares Licht und reagieren angemessen auf Stoßeinwirkung.PMMA and PC are also optical quality transparent materials suitable for vehicle interiors. These thermoplastics meet the optical and mechanical properties required in the automotive sector and have excellent stability. They are transparent to visible light and respond appropriately to impact.
Zahlreiche PMMA- und PC-Polymervarianten sind bekannt und im Handel erhältlich. Der Fachmann auf dem Gebiet wird wissen, wie er ein geeignetes PMMA- und PC-Polymer zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung auswählen kann. Bevorzugt weisen die Polymere PMMA und PC eine Lichtdurchlässigkeit von 90 % oder mehr im VIS-Bereich, bestimmt nach DIN EN ISO 13468-1,2, und eine Tg von mindestens 110 °C auf.Numerous PMMA and PC polymer variants are known and commercially available. Those skilled in the art will know how to select an appropriate PMMA and PC polymer for use in the present invention. The polymers PMMA and PC preferably have a light transmittance of 90% or more in the VIS range, determined according to DIN EN ISO 13468-1.2, and a Tg of at least 110 ° C.
Bevorzugt umfasst die photochrome Polymerzusammensetzung PMMA. Bevorzugt umfasst die photochrome Polymerzusammensetzung PC. Bevorzugt umfasst die photochrome Polymerzusammensetzung ein Gemisch aus PMMA und PC, wobei das Gewichtsverhältnis von PMMA zu PC in der photochromen Polymerzusammensetzung bevorzugt in dem Bereich von 90:10 bis 10:90 ist.Preferably the photochromic polymer composition comprises PMMA. Preferably the photochromic polymer composition comprises PC. Preferably, the photochromic polymer composition comprises a mixture of PMMA and PC, wherein the weight ratio of PMMA to PC in the photochromic polymer composition is preferably in the range of 90:10 to 10:90.
Es ist ferner bevorzugt, dass das Polymer in einer Menge von 95,00 bis 99,99 Gew.-% des Polymers, mehr bevorzugt in einer Menge von 98,00 bis 99,99 Gew.-%, noch mehr bevorzugt in einer Menge von 99,00 bis 99,98 Gew.-%, am meisten bevorzugt in einer Menge von 99,40 bis 99,90 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der photochromen Polymerzusammensetzung, enthalten ist.It is further preferred that the polymer is in an amount of 95.00 to 99.99% by weight of the polymer, more preferably in an amount of 98.00 to 99.99% by weight, even more preferably in an amount from 99.00 to 99.98% by weight, most preferably in an amount of 99.40 to 99.90% by weight, based on the total weight of the photochromic polymer composition.
Photochromatische VerbindungenPhotochromatic compounds
Die erfindungsgemäße photochrome Zusammensetzung umfasst photochrome Verbindungen. Chromverbindungen sind Verbindungen, die unter Einwirkung eines äußeren Reizes, wie z. B. Temperatur, Strom, Solvatisierung oder Licht ihre Farbe ändern können. Das Phänomen des Photochromismus wurde erstmals 1867 von J. Fritzsch beobachtet, der feststellte, dass sich eine Tetracenlösung bei Tageslicht von orange zu farblos und bei Dunkelheit wieder zu orange verfärbt (J. Fritzsch J, Comptes redus de l'Academie des Science, Sci. Paris, 1867, 69, 78).The photochromic composition according to the invention includes photochromic compounds. Chromium compounds are compounds that form under the influence of an external stimulus, such as: B. temperature, current, solvation or light can change their color. The phenomenon of photochromism was first observed in 1867 by J. Fritzsch, who noted that a tetracene solution changes color from orange to colorless in daylight and back to orange in darkness (J. Fritzsch J, Comptes redus de l'Academie des Science, Sci. Paris, 1867, 69, 78).
Die International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) definiert Photochromie derzeit wie folgt: ,,[a] Reversible transformation of a molecular entity between two forms, A and B, having different absorption spectra, induced in one or both directions by absorption of electromagnetic radiation. The spectral change produced is typically, but not necessarily, of visible colour and is accompanied by differences in other physical properties. The thermodynamically stable form A is transformed by irradiation into form B. The back reaction can occur thermally (photochromism of type T) or photochemically (photochromism of type P)" und lässt sich durch das folgende Gleichgewicht darstellen:
Eine photochrome Verbindung ist also eine chemische Spezies, die sich unter Lichteinstrahlung reversibel von einer Form A in eine Form B verändern kann, die sich durch ihr Absorptionsspektrum unterscheidet. Die chemische Spezies A ändert ihre Elektronenkonfiguration durch die Wechselwirkung mit einer elektromagnetischen Welle. Wenn sich das Molekül A in die Form B umgewandelt hat, wird es als photoaktiviert bezeichnet.A photochromic compound is a chemical species that can change reversibly from form A to form B when exposed to light, which differs in its absorption spectrum. Chemical species A changes its electron configuration by interacting with an electromagnetic wave. When molecule A has converted to form B, it is said to be photoactivated.
Die Umkehrreaktion B→A kann dann entweder spontan durch einen thermischen Mechanismus erfolgen, der durch Licht beschleunigt werden kann, oder die B-Form ist thermisch stabil und die Umkehrreaktion erfolgt photochemisch. In dem ersten Fall (ΔE ≈ kT) ist die Verbindung vom Typ T und in dem zweiten Fall vom P-Typ (ΔE >> kT). Außerdem werden photochrome Spezies nach den Wellenlängen des Absorptionsmaximums λmax ihrer beiden Formen unterschieden: wenn λAmax < λBmax ist, wird der Photochromismus als positiv bezeichnet (Übergang von der farblosen zu der gefärbten Form) und wenn λAmax > λBmax ist, wird er als negativ oder invers bezeichnet (Übergang von der farbigen zu der farblosen Form).The reverse reaction B→A can then either occur spontaneously through a thermal mechanism that can be accelerated by light, or the B form is thermally stable and the reverse reaction occurs photochemically. In the first case (ΔE ≈ kT) the connection is of type T and in the second case it is of P-type (ΔE >> kT). In addition, photochromic species are distinguished according to the wavelengths of the absorption maximum λmax of their two forms: when λAmax < λBmax, the photochromism is said to be positive (transition from the colorless to the colored form) and when λAmax > λBmax, it is said to be negative or inverse (transition from the colored to the colorless form).
Die ersten photochromen chemischen Stoffe, die untersucht und für industrielle Anwendungen genutzt wurden, waren anorganische photochrome Verbindungen. Die in der Literatur am häufigsten vorkommenden Spezies sind metallorganische Komplexe (
Außerdem wurde eine Vielzahl von photochromen organischen Verbindungen entdeckt und untersucht. Zu den photochromen Verbindungen vom Typ T mit positivem Photochromismus gehören Spiropyrane und Spirooxazine, Spironaphthoxazine, Bianthrone, Chromene, Naphthopyrane, Stilbene und Azobenzole. P-Moleküle mit positivem Photochromismus beinhalten Fulgide, Fulgimide oder Diarylethene.In addition, a variety of photochromic organic compounds have been discovered and studied. Type T photochromic compounds with positive photochromism include spiropyrans and spirooxazines, spironaphthoxazines, bianthrones, chromenes, naphthopyrans, stilbenes and azobenzenes. P molecules with positive photochromism include fulgides, fulgimides or diarylethenes.
Spiropyrane vom Typ T bestehen aus einer Indolgruppe und einer Benzopyrangruppe, die orthogonal durch ein spiralförmiges Kohlenstoffatom verbunden sind. Unter dem Einfluss von UV-Strahlung wird die Cspiro-O-Bindung gebrochen und es entsteht ein Merocyanin, das in dem sichtbaren Bereich absorbiert. Der reversible Übergang von zwei nicht konjugierten Elektronensystemen und einer konjugierten planaren Form führt zu einem Gleichgewicht zwischen einer farblosen und einer farbigen Form. Spiropyrane können mit wenigen Syntheseschritten unter einfachem Rückfluss und mit Ausbeuten zwischen 70 und 98 % synthetisiert werden (
Spiropyrane vom Typ T werden häufig als Beschichtung für Brillengläser verwendet, da sie lichtempfindlich sind, was ermöglicht, dass die Linse bei Sonneneinstrahlung schnell getönt wird. Da diese Moleküle jedoch empfindlich auf ihre Umgebung reagieren, hängt das Gleichgewicht zwischen der farblosen und der farbigen Form von der Umgebung ab, je nach pH, Polarität oder Temperatur. Spiropyrane wurden in Tinten, Farben und Textilien sowie in optischen Datenspeichersystemen und als Biotracer oder chemische Detektoren verwendet (
P-Diarylethene sind thermisch irreversible, aber photochemisch reversible photochrome Moleküle. Diese Eigenschaft macht sie zu photochromen Systemen, die bei Bedarf, d. h. nur bei Lichteinstrahlung, reversibel sind. Der Photochromismus der Diarylethene ist das Resultat einer 4n+2-Zyklisierung unter Lichteinstrahlung. Die Photocyclisierung erfolgt unter UV-Bestrahlung und die Photoreversionsreaktion unter Bestrahlung in dem sichtbaren Bereich. Generell ist die offene Form des Moleküls farblos und die geschlossene Form farbig, aber es ist auch möglich, dass beide Formen eine Färbung aufweisen, wenngleich diese abhängig von der chemischen Struktur des Moleküls unterschiedlich und vielfältig sind. Diarylethene wurden in Anwendungen, wie z. B. optischen Speichersystemen (
Bevorzugt umfasst die photochrome Polymerzusammensetzung ein Spiropyran der Formel (I)
R1 ausgewählt ist aus C1-6-Alkyl, C2-6-Alkenyl, C1-6-Hydroxyalkyl;
R2 und R3 unabhängig ausgewählt sind aus C1-6-Alkyl und C2-6-Alkenyl, oder wobei R2 und R3 zusammen C3-C7-Cycloalkyl bilden;
R4, R5 und R6 unabhängig ausgewählt sind aus H, -NO2, C1-6-Alkyl, C2-6-Alkenyl und C1-6-Alkoxy,
wobei mindestens eines von R4, R5 und R6 -NO2 ist.The photochromic polymer composition preferably comprises a spiropyran of the formula (I)
R 1 is selected from C 1-6 alkyl, C 2-6 alkenyl, C 1-6 hydroxyalkyl;
R 2 and R 3 are independently selected from C 1-6 alkyl and C 2-6 alkenyl, or wherein R 2 and R 3 together form C 3 -C 7 cycloalkyl;
R 4 , R 5 and R 6 are independently selected from H, -NO 2 , C 1-6 alkyl, C 2-6 alkenyl and C 1-6 alkoxy,
where at least one of R 4 , R 5 and R 6 is -NO 2 .
Bevorzugt ist R1 ausgewählt aus Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, Ethenyl, Propen-1-yl, Buten-1-yl, Penten-1-yl, Hexen-1-yl, Hydroxymethyl, 1-Hydroxyethyl, 1-Hydroxypropyl, 2-Hydroxypropyl, 1-Hydroxybutyl, 1-Hydroxypentyl, 1-Hydroxyhexyl.R 1 is preferably selected from methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl, ethenyl, propen-1-yl, buten-1- yl, penten-1-yl, hexen-1-yl, hydroxymethyl, 1-hydroxyethyl, 1-hydroxypropyl, 2-hydroxypropyl, 1-hydroxybutyl, 1-hydroxypentyl, 1-hydroxyhexyl.
Bevorzugt ist R1 ausgewählt aus C1-6-Alkyl und C1-6-Hydroxyalkyl. Mehr bevorzugt ist R1 ausgewählt aus Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, Hydroxymethyl, 1-Hydroxyethyl, 1-Hydroxypropyl, 2-Hydroxypropyl, 1-Hydroxybutyl, 1-Hydroxypentyl, 1-Hydroxyhexyl. Mehr bevorzugt ist R1 ausgewählt aus Methyl, Hexyl und 1-Hydroxyethyl.R 1 is preferably selected from C 1-6 alkyl and C 1-6 hydroxyalkyl. More preferably, R 1 is selected from methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl, hydroxymethyl, 1-hydroxyethyl, 1-hydroxypropyl, 2 -Hydroxypropyl, 1-hydroxybutyl, 1-hydroxypentyl, 1-hydroxyhexyl. More preferably, R 1 is selected from methyl, hexyl and 1-hydroxyethyl.
Bevorzugt sind R2 und R3 ausgewählt aus C1-C6-Alkyl. Bevorzugt bilden R2 und R3 zusammen C5-C7-Cycloalkyl. Bevorzugt sind R2 und R3 unabhängig ausgewählt aus Methyl, Ethyl, n-Propyl, n-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, oder R2 und R3 bilden zusammen Cyclopentyl, Cyclohexyl oder Cycloheptyl.R 2 and R 3 are preferably selected from C 1 -C 6 alkyl. R 2 and R 3 together preferably form C 5 -C 7 cycloalkyl. Preferably R 2 and R 3 are independently selected from methyl, ethyl, n-propyl, n-butyl, n-pentyl, n-hexyl, or R 2 and R 3 together form cyclopentyl, cyclohexyl or cycloheptyl.
Mehr bevorzugt sind R2 und R3 beide Methyl, oder R2 und R3 bilden Cyclohexyl. Noch mehr bevorzugt sind R2 und R3 beide Methyl. Noch mehr bevorzugt bilden R2 und R3 Cyclohexyl.More preferably, R 2 and R 3 are both methyl, or R 2 and R 3 form cyclohexyl. Even more preferably, R 2 and R 3 are both methyl. Even more preferably, R 2 and R 3 form cyclohexyl.
Bevorzugt sind R4, R5 und R6 unabhängig ausgewählt aus H, -NO2, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, Ethenyl, Propen-1-yl, Buten-1-yl, Penten-1-yl, Hexen-1-yl, Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy, iso-Propoxy, n-Butoxy, sec-Butoxy, tert-Butoxy, n-Pentoxy, n-Hexoxy.R 4 , R 5 and R 6 are preferably independently selected from H, -NO 2 , methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl , ethenyl, propen-1-yl, buten-1-yl, penten-1-yl, hexen-1-yl, methoxy, ethoxy, n-propoxy, iso-propoxy, n-butoxy, sec-butoxy, tert-butoxy , n-pentoxy, n-hexoxy.
Bevorzugt sind R4, R5 und R6 unabhängig ausgewählt aus H, -NO2, C1-6-Alkyl und C1-6-Alkoxy. Bevorzugt sind R4, R5 und R6 unabhängig ausgewählt aus H, -NO2, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy, iso-Propoxy, n-Butoxy, sec-Butoxy, tert-Butoxy, n-Pentoxy, n-Hexoxy.Preferably R 4 , R 5 and R 6 are independently selected from H, -NO 2 , C 1-6 alkyl and C 1-6 alkoxy. R 4 , R 5 and R 6 are preferably independently selected from H, -NO 2 , methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl , methoxy, ethoxy, n-propoxy, iso-propoxy, n-butoxy, sec-butoxy, tert-butoxy, n-pentoxy, n-hexoxy.
Bevorzugt sind R4, R5 und R6 unabhängig ausgewählt aus H, -NO2 und C1-6-Alkoxy. Mehr bevorzugt sind R4, R5 und R6 unabhängig ausgewählt aus H, -NO2, Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy, iso-Propoxy, n-Butoxy, sec-Butoxy, tert-Butoxy, n-Pentoxy, n-Hexoxy.Preferably R 4 , R 5 and R 6 are independently selected from H, -NO 2 and C 1-6 alkoxy. More preferably, R 4 , R 5 and R 6 are independently selected from H, -NO 2 , methoxy, ethoxy, n-propoxy, iso-propoxy, n-butoxy, sec-butoxy, tert-butoxy, n-pentoxy, n- Hexoxy.
Bevorzugt sind R4, R5 und R6 unabhängig ausgewählt aus H, -NO2, Methyl, sec-Butyl und Methoxy. Bevorzugt sind R4, R5 und R6 unabhängig ausgewählt aus H, -NO2 und Methoxy. Bevorzugt ist eines von R4, R5 und R6 -NO2. Bevorzugt sind zwei von R4, R5 und R6 -NO2.Preferably R 4 , R 5 and R 6 are independently selected from H, -NO 2 , methyl, sec-butyl and methoxy. Preferably R 4 , R 5 and R 6 are independently selected from H, -NO 2 and methoxy. Preferred is one of R 4 , R 5 and R 6 -NO 2 . Preferred are two of R 4 , R 5 and R 6 -NO 2 .
Mehr bevorzugt enthält die photochrome Polymerzusammensetzung ein Spiropyran der Formel (I)
R1 ausgewählt ist aus C1-6-Alkyl und C1-6-Hydroxyalkyl.
R2 und R3 unabhängig ausgewählt sind aus C1-6-Alkyl, oder wobei R2 und R3 zusammen C5-C7-Cycloalkyl bilden;
R4, R5 und R6 unabhängig ausgewählt sind aus H, -NO2, C1-6-Alkyl und C1-6-Alkoxy.
wobei mindestens eines von R4, R5 und R6 -NO2 ist, mehr bevorzugt wobei eines von R4, R5 und R6 -NO2 ist.More preferably, the photochromic polymer composition contains a spiropyran of formula (I)
R 1 is selected from C 1-6 alkyl and C 1-6 hydroxyalkyl.
R 2 and R 3 are independently selected from C 1-6 alkyl, or where R 2 and R 3 together form C 5 -C 7 cycloalkyl;
R 4 , R 5 and R 6 are independently selected from H, -NO 2 , C 1-6 alkyl and C 1-6 alkoxy.
wherein at least one of R 4 , R 5 and R 6 is -NO 2 , more preferably wherein one of R 4 , R 5 and R 6 is -NO 2 .
Dementsprechend ist bevorzugt, dass R1 ausgewählt ist aus Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, Hydroxymethyl, 1-Hydroxyethyl, 1-Hydroxypropyl, 2-Hydroxypropyl, 1-Hydroxybutyl, 1-Hydroxypentyl, 1-Hydroxyhexyl. Bevorzugt ist R1 ausgewählt aus Methyl, Hexyl und 1-Hydroxyethyl.Accordingly, it is preferred that R 1 is selected from methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl, hydroxymethyl, 1-hydroxyethyl, 1- Hydroxypropyl, 2-Hydroxypropyl, 1-Hydroxybutyl, 1-Hydroxypentyl, 1-Hydroxyhexyl. R 1 is preferably selected from methyl, hexyl and 1-hydroxyethyl.
Bevorzugt sind R2 und R3 unabhängig ausgewählt aus Methyl, Ethyl, n-Propyl, n-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, oder R2 und R3 bilden zusammen Cyclopentyl, Cyclohexyl oder Cycloheptyl.Preferably R 2 and R 3 are independently selected from methyl, ethyl, n-propyl, n-butyl, n-pentyl, n-hexyl, or R 2 and R 3 together form cyclopentyl, cyclohexyl or cycloheptyl.
Bevorzugt sind R2 und R3 beide Methyl, oder R2 und R3 bilden zusammen Cyclohexyl. Noch mehr bevorzugt sind R2 und R3 beide Methyl. Noch mehr bevorzugt bilden R2 und R3 zusammen Cyclohexyl.Preferably R 2 and R 3 are both methyl, or R 2 and R 3 together form cyclohexyl. Even more preferably, R 2 and R 3 are both methyl. Even more preferably, R 2 and R 3 together form cyclohexyl.
Bevorzugt sind R4, R5 und R6 unabhängig ausgewählt aus H, -NO2, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy, iso-Propoxy, n-Butoxy, sec-Butoxy, tert-Butoxy, n-Pentoxy, n-Hexoxy.R 4 , R 5 and R 6 are preferably independently selected from H, -NO 2 , methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl , methoxy, ethoxy, n-propoxy, iso-propoxy, n-butoxy, sec-butoxy, tert-butoxy, n-pentoxy, n-hexoxy.
Bevorzugt sind R4, R5 und R6 unabhängig ausgewählt aus H, -NO2 und C1-6-Alkoxy. Mehr bevorzugt sind R4, R5 und R6 unabhängig ausgewählt aus H, -NO2, Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy, iso-Propoxy, n-Butoxy, sec-Butoxy, tert-Butoxy, n-Pentoxy, n-Hexoxy.Preferably R 4 , R 5 and R 6 are independently selected from H, -NO 2 and C 1-6 alkoxy. More preferably, R 4 , R 5 and R 6 are independently selected from H, -NO 2 , methoxy, ethoxy, n-propoxy, iso-propoxy, n-butoxy, sec-butoxy, tert-butoxy, n-pentoxy, n- Hexoxy.
Bevorzugt sind R4, R5 und R6 unabhängig ausgewählt aus H, -NO2, Methyl, sec-Butyl und Methoxy. Bevorzugt sind R4, R5 und R6 unabhängig ausgewählt aus H, -NO2 und Methoxy. Bevorzugt sind zwei von R4, R5 und R6 -NO2.Preferably R 4 , R 5 and R 6 are independently selected from H, -NO 2 , methyl, sec-butyl and methoxy. Preferably R 4 , R 5 and R 6 are independently selected from H, -NO 2 and methoxy. Preferred are two of R 4 , R 5 and R 6 -NO 2 .
Am meisten bevorzugt ist das Spiropyran ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
Bevorzugt umfasst die photochrome Polymerzusammensetzung ein Diarylethen der Formel (IIa), (IIb) oder (IIc)
R7 und R7' beide -CN sind, oder R7 and R7' zusammen einen perfluorierten Cyclopentenring bilden;
R8 and R8' identisch sind und ausgewählt sind aus H, C1-6-Alkyl und C2-6-Alkenyl;
R9 und R9' identisch sind und ausgewählt sind aus H, C1-6-Alkyl, C2-6-Alkenyl, Phenyl und Benzyl;
R10 und R10' identisch sind und ausgewählt sind aus H, C1-6-Alkyl, C2-6-Alkenyl, Phenyl und Benzyl;
R11 und R11' identisch sind und ausgewählt sind aus H, C1-6-Alkyl, C2-6-Alkenyl, Phenyl und Benzyl;
oder wobei in Formel (IIa) R9/R9, and R10/R10' zusammen einen Benzolring bilden.The photochromic polymer composition preferably comprises a diarylethene of the formula (IIa), (IIb) or (IIc)
R 7 and R 7' are both -CN, or R 7 and R 7' together form a perfluorinated cyclopentene ring;
R 8 and R 8' are identical and are selected from H, C 1-6 alkyl and C 2-6 alkenyl;
R 9 and R 9' are identical and are selected from H, C 1-6 alkyl, C 2-6 alkenyl, phenyl and benzyl;
R 10 and R 10' are identical and are selected from H, C 1-6 alkyl, C 2-6 alkenyl, phenyl and benzyl;
R 11 and R 11' are identical and are selected from H, C 1-6 alkyl, C 2-6 alkenyl, phenyl and benzyl;
or where in formula (IIa) R 9 /R 9 , and R 10 /R 10' together form a benzene ring.
Bevorzugt umfasst die photochrome Polymerzusammensetzung ein Diarylethen der Formel (IIa). Bevorzugt umfasst die photochrome Polymerzusammensetzung ein Diarylethen der Formel (IIb). Bevorzugt umfasst die photochrome Polymerzusammensetzung ein Diarylethen der Formel (IIc).The photochromic polymer composition preferably comprises a diarylethene of the formula (IIa). The photochromic polymer composition preferably comprises a diarylethene of the formula (IIb). The photochromic polymer composition preferably comprises a diarylethene of the formula (IIc).
Bevorzugt sind R8 und R8' identisch und sind ausgewählt aus H und C1-6-Alkyl. Mehr bevorzugt sind R8 und R8' identisch und sind ausgewählt aus H, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, Ethenyl, Propen-1-yl, Buten-1-yl, Penten-1-yl und Hexen-1-yl.Preferably R 8 and R 8' are identical and are selected from H and C 1-6 alkyl. More preferably, R 8 and R 8' are identical and are selected from H, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl, ethenyl, Propen-1-yl, Buten-1-yl, Penten-1-yl and Hexen-1-yl.
Mehr bevorzugt sind R8 und R8' identisch und sind ausgewählt aus H, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl und n-Hexyl. Noch mehr bevorzugt sind R8 und R8' identisch und sind ausgewählt aus Methyl und Ethyl. Am meisten bevorzugt sind R8 und R8' identisch und sind Methyl.More preferably, R 8 and R 8' are identical and are selected from H, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl and n-hexyl. Even more preferably, R 8 and R 8' are identical and are selected from methyl and ethyl. Most preferably, R 8 and R 8' are identical and are methyl.
Bevorzugt sind R9 und R9' identisch und sind ausgewählt aus H, C1-6-Alkyl und Phenyl. Bevorzugt sind R9 und R9' identisch und sind ausgewählt aus H, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, Ethenyl, Propen-1-yl, Buten-1-yl, Penten-1-yl, Hexen-1-yl und Phenyl.Preferably R 9 and R 9' are identical and are selected from H, C 1-6 alkyl and phenyl. R 9 and R 9' are preferably identical and are selected from H, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl, ethenyl, propene -1-yl, buten-1-yl, penten-1-yl, hexen-1-yl and phenyl.
Bevorzugt sind R9 und R9' identisch und sind ausgewählt aus H, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl und Phenyl. Noch mehr bevorzugt sind R9 and R9' identisch und sind ausgewählt aus H, Methyl und Phenyl. Am meisten bevorzugt sind R9 and R9' identisch und sind ausgewählt aus Methyl und Phenyl.Preferably R 9 and R 9' are identical and are selected from H, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl and phenyl. Even more preferably, R 9 and R 9' are identical and are selected from H, methyl and phenyl. Most preferably, R 9 and R 9' are identical and are selected from methyl and phenyl.
Bevorzugt sind R10 und R10', identisch und sind ausgewählt aus H, C1-6-Alkyl und Phenyl. Bevorzugt sind R10 und R10', identisch und sind ausgewählt aus H, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, Ethenyl, Propen-1-yl, Buten-1-yl, Penten-1-yl, Hexen-1-yl und Phenyl.Preferably R 10 and R 10' are identical and are selected from H, C 1-6 alkyl and phenyl. R 10 and R 10' are preferably identical and are selected from H, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl, ethenyl, Propen-1-yl, Buten-1-yl, Penten-1-yl, Hexen-1-yl and Phenyl.
Noch mehr bevorzugt sind R10 und R10', identisch und sind ausgewählt aus H, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl und Phenyl. Am meisten bevorzugt sind R10 and R10', identisch und sind ausgewählt aus H und Methyl.Even more preferably, R 10 and R 10' are identical and are selected from H, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl and Phenyl. Most preferably, R 10 and R 10' are identical and are selected from H and methyl.
Bevorzugt sind R11 und R11' identisch und sind ausgewählt aus H, C1-6-Alkyl und Phenyl. Bevorzugt sind R11 und R11' identisch und sind ausgewählt aus H, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, Ethenyl, Propen-1-yl, Buten-1-yl, Penten-1-yl, Hexen-1-yl und Phenyl.Preferably R 11 and R 11' are identical and are selected from H, C 1-6 alkyl and phenyl. R 11 and R 11' are preferably identical and are selected from H, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl, ethenyl, propene -1-yl, buten-1-yl, penten-1-yl, hexen-1-yl and phenyl.
Mehr bevorzugt sind R11 und R11' identisch und sind ausgewählt aus H, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl und Phenyl. Noch mehr bevorzugt sind R11 und R11' identisch und sind ausgewählt aus H oder Methyl. Am meisten bevorzugt sind R11 and R11' identisch und sind H.More preferably, R 11 and R 11' are identical and are selected from H, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl and phenyl. Even more preferably, R 11 and R 11' are identical and are selected from H or methyl. Most preferably, R 11 and R 11' are identical and are H.
Bevorzugt umfasst die photochrome Polymerzusammensetzung ein Diarylethen der Formel (IIa), (IIb) oder (IIc)
R7 und R7' beide -CN sind, oder R7 and R7' zusammen einen perfluorierten Cyclopentenring bilden;
R8 und R8' identisch sind und ausgewählt sind aus H und C1-6-Alkyl;
R9 und R9' identisch sind und ausgewählt sind aus H, C1-6-Alkyl und Phenyl;
R10 und R10' identisch sind und ausgewählt sind aus H, C1-6-Alkyl und Phenyl;
R11 und R11' identisch sind und ausgewählt sind aus H, C1-6-Alkyl und Phenyl;
oder wobei in Formel (IIa) R9/R9' and R10/R10' zusammen einen Benzolring bilden.The photochromic polymer composition preferably comprises a diarylethene of the formula (IIa), (IIb) or (IIc)
R 7 and R 7' are both -CN, or R 7 and R 7' together form a perfluorinated cyclopentene ring;
R 8 and R 8' are identical and are selected from H and C 1-6 alkyl;
R 9 and R 9' are identical and are selected from H, C 1-6 alkyl and phenyl;
R 10 and R 10' are identical and are selected from H, C 1-6 alkyl and phenyl;
R 11 and R 11' are identical and are selected from H, C 1-6 alkyl and phenyl;
or where in formula (IIa) R 9 /R 9' and R 10 /R 10' together form a benzene ring.
Dementsprechend ist bevorzugt, dass R8 and R8' identisch sind und ausgewählt sind aus H, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl und n-Hexyl. Mehr bevorzugt sind R8 und R8' identisch sind und sind ausgewählt aus Methyl und Ethyl, am meisten bevorzugt sind R8 und R8' identisch und sind Methyl.Accordingly, it is preferred that R 8 and R 8' are identical and are selected from H, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl and n-hexyl . More preferably R 8 and R 8' are identical and are selected from methyl and ethyl, most preferably R 8 and R 8' are identical and are methyl.
Bevorzugt sind R9 und R9' identisch und sind ausgewählt aus H, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl und Phenyl. Mehr bevorzugt sind R9 und R9' identisch und sind ausgewählt aus H, Methyl und Phenyl. Noch mehr bevorzugt sind R9 und R9' identisch und sind ausgewählt aus Methyl und Phenyl.Preferably R 9 and R 9' are identical and are selected from H, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl and phenyl. More preferably, R 9 and R 9' are identical and are selected from H, methyl and phenyl. Even more preferably, R 9 and R 9' are identical and are selected from methyl and phenyl.
Bevorzugt sind R10 und R10', identisch und sind ausgewählt aus H, C1-6-Alkyl und Phenyl. Mehr bevorzugt sind R10 und R10', identisch und sind ausgewählt aus H, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl und Phenyl. Mehr bevorzugt sind R10 and R10', identisch und sind ausgewählt aus H und Methyl.Preferably R 10 and R 10' are identical and are selected from H, C 1-6 alkyl and phenyl. More preferably, R 10 and R 10' are identical and are selected from H, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl and phenyl . More preferably, R 10 and R 10' are identical and are selected from H and methyl.
Bevorzugt sind R11 und R11' identisch und sind ausgewählt aus H, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl und Phenyl. Mehr bevorzugt sind R11 und R11' identisch und sind ausgewählt aus H oder Methyl. Noch mehr bevorzugt sind R11 und R11' identisch und sind Methyl. Noch mehr bevorzugt sind R11 und R11' identisch und sind H.R 11 and R 11' are preferably identical and are selected from H, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl and phenyl. More preferably, R 11 and R 11' are identical and are selected from H or methyl. Even more preferably, R 11 and R 11' are identical and are methyl. Even more preferably, R 11 and R 11' are identical and are H.
Am meisten bevorzugt ist das Spiropyran ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
Am meisten bevorzugt ist das Diarylethen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
Bevorzugt ist die photochrome Verbindung in einer Menge von 0,01 bis 5,00 Gew.-%, mehr bevorzugt in einer Menge von 0,01 bis 2,00 Gew.-%, noch mehr bevorzugt in einer Menge von 0,01 bis 0,90 Gew.-%, noch mehr bevorzugt in einer Menge von 0,01 bis 0,60 Gew.-%, am meisten bevorzugt in einer Menge von 0,03 bis 0,60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der photochromen Polymerzusammensetzung, enthalten.Preferably the photochromic compound is in an amount of 0.01 to 5.00% by weight, more preferably in an amount of 0.01 to 2.00% by weight, even more preferably in an amount of 0.01 to 0.90% by weight, more preferably in an amount of 0.01 to 0.60% by weight, most preferably in an amount of 0.03 to 0.60% by weight, based on the total weight the photochromic polymer composition.
Bevorzugt ist das Spiropyran in einer Menge von 0,01 bis 5,00 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,01 bis 2,00 Gew.-%, noch mehr bevorzugt in einer Menge von 0,01 bis 0,90 Gew.-%, noch mehr bevorzugt in einer Menge von 0,01 bis 0,60 Gew.-%, am meisten bevorzugt in einer Menge von 0,10 bis 0,60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der photochromen Polymerzusammensetzung, enthalten.Preferably the spiropyran is in an amount of 0.01 to 5.00% by weight, more preferably 0.01 to 2.00% by weight, even more preferably in an amount of 0.01 to 0.90% by weight. -%, even more preferably in an amount of 0.01 to 0.60% by weight, most preferably in an amount of 0.10 to 0.60% by weight, based on the total weight of the photochromic polymer composition .
Bevorzugt ist das Diarylethen in einer Menge von 0,01 bis 10,00 Gew.-%, mehr bevorzugt von 0,01 bis 5,00 Gew.-%, mehr bevorzugt von 0,01 bis 2,00 Gew.-%, noch noch mehr bevorzugt von 0,01 bis 0,90 Gew.-%, noch mehr bevorzugt von 0,03 bis 0,60 Gew.-%, noch mehr bevorzugt von 0,08 bis 0,60 Gew.-%, am meisten bevorzugt von 0,10 bis 0,60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der photochromen Polymerzusammensetzung, enthalten.Preferably the diarylethene is in an amount of 0.01 to 10.00% by weight, more preferably from 0.01 to 5.00% by weight, more preferably from 0.01 to 2.00% by weight, even more preferably from 0.01 to 0.90 wt.%, even more preferably from 0.03 to 0.60 wt.%, even more preferably from 0.08 to 0.60 wt.%, am most preferably from 0.10 to 0.60% by weight, based on the total weight of the photochromic polymer composition.
Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung frei von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) ist. Bevorzugt umfasst die Zusammensetzung 0,05 Gew.-% oder weniger, mehr bevorzugt 0,01 Gew.-% oder weniger an VOC, bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung.It is preferred that the composition be free of volatile organic compounds (VOC). Preferably the composition comprises 0.05% by weight or less, more preferably 0.01% by weight or less of VOC, based on the total amount of the composition.
HilfsstoffeExcipients
Es ist ferner bevorzugt, dass die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung einen oder mehrere Hilfsstoffe umfasst. Hilfsstoffe können ausgewählt sein aus der Gruppe, bestehend aus Antioxidantien, UV-Absorbern, Lichtstabilisatoren, Weichmachern, Schlagzähmodifikatoren, Flammschutzmitteln, Klärmitteln, Antistatika, Gleitmitteln, antimikrobiellen Mitteln und Gemischen davon.It is further preferred that the composition of the present invention comprises one or more excipients. Auxiliary substances can be selected from the group consisting of antioxidants, UV absorbers, light stabilizers, plasticizers, impact modifiers, flame retardants, clarifying agents, antistatic agents, lubricants, antimicrobial agents and mixtures thereof.
Bevorzugt sind die Hilfsstoffe in einer Menge von 0,1 bis 3,0 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 2,0 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,1 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der photochromen Polymerzusammensetzung, enthalten.The auxiliaries are preferred in an amount of 0.1 to 3.0% by weight, preferably 0.1 to 2.0% by weight, more preferably 0.1 to 0.5% by weight, based on Total amount of photochromic polymer composition included.
Gegenstände, umfassend die Zusammensetzung der vorliegenden ErfindungArticles comprising the composition of the present invention
Die erste industrielle Anwendung photochromer chemischer Stoffe war in der Brillenindustrie mit photochromen Gläsern. Die gesuchten Eigenschaften waren eine schnelle Photoaktivierung und -deaktivierung abhängig von dem Licht sowie eine hohe Ermüdungsbeständigkeit. Verbindungen auf Silberbasis waren eine gute Lösung. Mit dem Übergang zu organischen Brillengläsern wurden jedoch organische photochrome Verbindungen vom Typ T, wie z. B. Spiropyrane, Spirooxazine und Naphthopyrane, weiterentwickelt. Auch in anderen Bereichen werden diese Verbindungen eingesetzt, indem sie in Farben, Lacke, Tinten oder Textilien eingearbeitet werden (
Organische photochrome Verbindungen werden auch als Farb-, Korrektur- oder Polarisationsfilter verwendet. Sie werden aber auch für den Transport und die Freisetzung von Zielmolekülen verwendet (
Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher auch auf einen Artikel, umfassend die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung. Bevorzugt ist der Artikel ein Spritzgussartikel. Obwohl jede Form denkbar ist, liegt der Artikel bevorzugt in Form eines Films, einer Platte oder eines Paneels vor.The present invention therefore also relates to an article comprising the composition of the present invention. The article is preferably an injection molded article. Although any shape is conceivable, the article is preferably in the form of a film, a plate or a panel.
Bevorzugt sind die Filme, Platten oder Paneele für die Verwendung als Automobilteile geeignet. Somit ist es bevorzugt, dass der Artikel ein Fahrzeugteil ist, bevorzugt eine Windschutzscheibe, ein Abschnitt einer Instrumententafel, einer Türverkleidung oder einer Mittelkonsole.Preferably the films, plates or panels are suitable for use as automotive parts. Thus, it is preferred that the article is a vehicle part, preferably a windshield, a portion of an instrument panel, a door panel or a center console.
Es ist ferner bevorzugt, dass der Artikel eine Lichtdurchlässigkeit von 7 % oder weniger aufweist, bestimmt nach
Verfahren zur Herstellung von Zusammensetzungen und GegenständenMethods for producing compositions and articles
In zahlreichen Studien werden die Eigenschaften von photochromen Molekülen in Lösung untersucht. Für die meisten Anwendungen ist es jedoch notwendig, Materialien mit photochromen Eigenschaften zu entwickeln. Eine Einbindung photochromer Moleküle in feste Matrizen kann dann die photochromen Eigenschaften dieser Matrizen verändern (Smets G, Photochromic phenomena in the solid phase, in Unusual Properties of New Polymers, Springer Verlag, Berlin/Heidelberg, 1983, S. 17-44).Numerous studies are investigating the properties of photochromic molecules in solution. However, for most applications it is necessary to develop materials with photochromic properties. Incorporating photochromic molecules into solid matrices can then change the photochromic properties of these matrices (Smets G, Photochromic phenomena in the solid phase, in Unusual Properties of New Polymers, Springer Verlag, Berlin/Heidelberg, 1983, pp. 17-44).
Zu diesem Zweck können photochrome Verbindungen in fester Form kristallisiert werden, um sie insbesondere in der Optoelektronik zu verwenden (
Dennoch werden bei einem großen Teil der Anwendungen polymere Materialien verwendet. Sie können in verschiedenen Kategorien, wie z. B. Verbundstoffe oder Flüssigkristalle vorkommen (
Zur Herstellung von Thermoplasten mit photochromen Eigenschaften werden die Verbindungen häufig nach der Polymerisation durch Solubilisierung mit den Thermoplasten eingebunden (
Nur wenige Arbeiten haben versucht, Thermoplaste mit photochromen Eigenschaften durch thermische Verfahren, wie z. B. Compounding und Spritzgießen zu verarbeiten (Li et al., New J Chem, 2018, 42, 10885-10890; Micciche et al., J Polym Sci B Polym Phys, 2016, 54, 1593-1601; Optov et al., Polym Sci Ser B, 2018), auch weil die lichtempfindlichen Moleküle bei den für diese Verfahren erforderlichen hohen Temperaturen abgebaut werden können.Only a few works have attempted to produce thermoplastics with photochromic properties through thermal processes such as B. Compounding and injection molding (Li et al., New J Chem, 2018, 42, 10885-10890; Micciche et al., J Polym Sci B Polym Phys, 2016, 54, 1593-1601; Optov et al., Polym Sci Ser B, 2018), also because the light-sensitive molecules can be broken down at the high temperatures required for these processes.
Außerdem können die photochromen Verbindungen in Form von Nanopartikeln sein. Dieses Zusammenfügen von photochromen Verbindungen mit einer polymeren oder anorganischen Beschichtung kann die thermische Beständigkeit der lichtempfindlichen Verbindungen verbessern (
Dementsprechend bezieht sich die vorliegende Erfindung ferner auf ein Verfahren zur Herstellung der photochromen Zusammensetzung, das Verfahren umfassend ein Compounding von PC oder PMMA und einer photochromen Verbindung, um die thermoplastische Zusammensetzung zu bilden.Accordingly, the present invention further relates to a method for producing the photochromic composition, the method comprising compounding PC or PMMA and a photochromic compound to form the thermoplastic composition.
Das Compounding kann gemäß den im Stand der Technik bekannten Verfahren ausgeführt werden. Der Fachmann auf dem Gebiet weiß, wie er die geeignete Technik oder die geeignete Vorrichtung abhängig von z. B. dem verwendeten Maßstab und Polymer auswählen kann.The compounding can be carried out according to methods known in the art. The person skilled in the art will know how to select the appropriate technique or device depending on e.g. B. can select the scale and polymer used.
Bevorzugt wird das Compounding bei einer Temperatur in dem Bereich von 180 bis 230 °C ausgeführt. Bevorzugt ist die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung in Form eines Granulats bereitgestellt.The compounding is preferably carried out at a temperature in the range from 180 to 230 ° C. The composition of the present invention is preferably provided in the form of granules.
Bevorzugt wird das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Artikels in Abwesenheit von flüchtigen organischen Komponenten (VOC) ausgeführt.The process for producing the article according to the invention is preferably carried out in the absence of volatile organic components (VOC).
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf die Herstellung eines Artikels, umfassend die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung, das Verfahren umfassend ein Compounding von PC oder PMMA und einer photochromen Verbindung, um die thermoplastische Zusammensetzung zu bilden, gefolgt von Einspritzen und Formen der thermoplastischen Zusammensetzung zu dem Artikel.The present invention further relates to the manufacture of an article comprising the composition of the present invention, the process comprising compounding of PC or PMMA and a photochromic compound to form the thermoplastic composition, followed by injecting and molding the thermoplastic composition into the article.
Das Mischen, Einspritzen und Gießen kann nach den im Stand der Technik bekannten Verfahren erfolgen. Der Fachmann auf dem Gebiet weiß, wie er die geeignete Technik oder die geeignete Vorrichtung z. B. abhängig von der Größe, dem verwendeten Polymer oder der gewünschten Endform des Artikels auswählen kann.The mixing, injection and pouring can be carried out using methods known in the prior art. The person skilled in the art will know how to select the appropriate technique or device, e.g. B. can be selected depending on the size, the polymer used or the desired final shape of the article.
Bevorzugt wird das Compounding in dem Verfahren zur Herstellung des Artikels bei einer Temperatur in dem Bereich von 180 bis 230 °C ausgeführt. Bevorzugt wird das Einspritzen zur Herstellung des Artikels bei einem Temperaturgradienten in dem Bereich von 220 bis 350 °C ausgeführt. Bevorzugt wird das Formen zur Herstellung des Artikels bei einer Temperatur in dem Bereich von 80 bis 120 °C ausgeführt.Preferably, the compounding in the process for producing the article is carried out at a temperature in the range of 180 to 230°C. The injection to produce the article is preferably carried out at a temperature gradient in the range of 220 to 350 ° C. Preferably, the molding to produce the article is carried out at a temperature in the range of 80 to 120°C.
Bevorzugt wird das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Artikels in Abwesenheit von flüchtigen organischen Komponenten (VOC) ausgeführt.The process for producing the article according to the invention is preferably carried out in the absence of volatile organic components (VOC).
Figurencharacters
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1 : Schematische Darstellung einer Einspritzvorrichtung mit Zylinder und Einspritzschnecke mit Temperaturzonen 1, 2, 3, 4 und 11 und Form.1 : Schematic representation of an injection device with cylinder and injection screw with temperature zones 1, 2, 3, 4 and 11 and shape. -
2 : Eigenschaften von organischen photochromen Verbindungen vom Typ T in PMMA und PC in verschiedenen Konzentrationen; die Farben sind vor und nach der Bestrahlung mit LED bei 365 nm über 1 Minute gezeigt.2 : Properties of T-type organic photochromic compounds in PMMA and PC at various concentrations; the colors are shown before and after irradiation with LED at 365 nm for 1 minute. -
3 : Aussehen von Granulat und Platten aus a) PMMA, das 0,05 Gew.-% SP0 enthält, und b) PC, das 0,04 Gew.-% SP0 enthält, abhängig von der Verweilzeit in dem Zylinder während des Einspritzvorgangs.3 : Appearance of granules and plates made of a) PMMA containing 0.05 wt% SP0 and b) PC containing 0.04 wt% SP0, depending on the residence time in the cylinder during the injection process. -
4 : Aussehen der SPO-haltigen PMMA- und PC-Proben nach 500 Stunden im Dunkeln bei 100 °C. Compoundierte PMMA- und PC-Proben ohne SPO, compoundierte und gespritzte PMMA-Proben, umfassend jeweils 0,05 Gew.-% SPO, und compoundierte und gespritzte PC-Proben, umfassend jeweils 0,04 Gew.-% SPO, werden mit den entsprechenden ungealterten Proben verglichen.4 : Appearance of the SPO-containing PMMA and PC samples after 500 hours in the dark at 100 °C. Compounded PMMA and PC samples without SPO, compounded and sprayed PMMA samples each comprising 0.05 wt% SPO, and compounded and sprayed PC samples each comprising 0.04 wt% SPO are with the compared to corresponding unaged samples. -
5 : Photochemische Färbungs- und Entfärbungszeiten von SP0 abhängig vom Thermoplasttyp; a) 0,05 Gew.-% SP0 in PMMA; 0,04 Gew.-% SP0 in PC.5 : Photochemical coloring and decoloring times of SP0 depending on the thermoplastic type; a) 0.05% by weight SP0 in PMMA; 0.04% by weight SP0 in PC. -
6 : Photochemische Färbungs- und Entfärbungszeiten von SP0 abhängig von der SP0-Konzentration; a) 0,03 Gew.-% SP0 in PC; b) 0,04 Gew.-% SP0 in PC.6 : Photochemical coloring and decolorizing times of SP0 depending on the SP0 concentration; a) 0.03% by weight SP0 in PC; b) 0.04% by weight SP0 in PC. -
7 : Einfärbung nach Bestrahlung von PC-Proben umfassend a) 0,02 Gew.-% und b) 0,12 Gew.-% SP0 abhängig von der Bestrahlungszeit mit LED bei 365 nm.7 : Coloring after irradiation of PC samples comprising a) 0.02% by weight and b) 0.12% by weight SP0 depending on the irradiation time with LED at 365 nm. -
8 : Absorption von PC-Proben umfassend 0,02 Gew.-% und 0,12 Gew.-% SP0 bei 595,6 nm abhängig von der Zeit unter Bestrahlung mit LED bei 365 nm und anschließend mit LED bei 525 nm.8th : Absorption of PC samples comprising 0.02 wt.% and 0.12 wt.% SP0 at 595.6 nm depending on the time under irradiation with LED at 365 nm and then with LED at 525 nm. -
9 : Absorption bei 595,6 nm von PC-Proben enthaltend 0,02 Gew.-% und 0,12 Gew.-% SP0 a) während der Fotoentfärbung und b) während der thermischen Entfärbung.9 : Absorption at 595.6 nm of PC samples containing 0.02 wt.% and 0.12 wt.% SP0 a) during photodecolorization and b) during thermal decolorization. -
10 : a) Absorption bei 595,6 nm einer PC-Probe umfassend 0,02 Gew.-% und 0,12 Gew.-% SP0 während Bestrahlungszyklen mit LED bei 365 nm und LED bei 525 nm und b) Farbe einer PC-Probe enthaltend 0,12 Gew.-% SP0 während Bestrahlungszyklen mit LED bei 365 nm und LED bei 525 nm.10 : a) Absorption at 595.6 nm of a PC sample comprising 0.02 wt.% and 0.12 wt.% SP0 during irradiation cycles with LED at 365 nm and LED at 525 nm and b) Color of a PC sample containing 0.12% by weight SP0 during irradiation cycles with LED at 365 nm and LED at 525 nm. -
11 : a) 2,5 mm starke PC-Spritzplatte umfassend 0,04 Gew.-% SP0 nach 5 Sekunden Bestrahlung mit LED bei 365, b) Farbänderung über die gesamte Stärke einer 2,5 mm starken PC-Spritzplatte enthaltend 0,04 Gew.-% SP0 und c) Schreiben mit Laser bei 409 nm auf eine 2,5 mm starke PC-Platte enthaltend 0,04 Gew.-% SP0.11 : a) 2.5 mm thick PC spray plate comprising 0.04 wt.% SP0 after 5 seconds of irradiation with LED at 365, b) color change over the entire thickness of a 2.5 mm thick PC spray plate containing 0.04 wt .-% SP0 and c) writing with laser at 409 nm on a 2.5 mm thick PC plate containing 0.04 wt.% SP0. -
12 : 2,5 mm starke PC-Spritzplatte mit einer Maske (links) und Schrift nach 10 Sekunden Bestrahlung mit einem LED-Projektor bei 395 nmr (rechts).12 : 2.5 mm thick PC spray plate with a mask (left) and writing after 10 seconds of irradiation with an LED projector at 395 nmr (right). -
13 : PC-Platte von 2,5 mm Stärke a) vor und b) nach Bestrahlung mit einem LED-Projektor bei 395 nm und c) Beschriftungen, die nach der Fotoentfärbung mit LED bei 525 nm und einer Maske (oben) und mit einem Laser bei 532 nm (unten) erlangt werden.13 : PC plate of 2.5 mm thickness a) before and b) after irradiation with an LED projector at 395 nm and c) inscriptions after photodecolorization with LED at 525 nm and a mask (top) and with a laser at 532 nm (below). -
14 . Aussehen von PC-Proben enthaltend 0,04 Gew.-% SPO, die bei a) 230°C und b) 300°C im Labormaßstab nach verschiedenen Zeiten in dem Zylinder eingespritzt werden.14 . Appearance of PC samples containing 0.04% by weight SPO, which are injected into the cylinder at a) 230 ° C and b) 300 ° C on a laboratory scale after different times. -
15 : Eigenschaften von organischen photochromen Verbindungen vom P-Typ in verschiedenen Konzentrationen in PMMA und PC, Farben sind vor und nach Bestrahlung mit LED bei 365 nm für 1 Minute gezeigt.15 : Properties of P-type organic photochromic compounds at various concentrations in PMMA and PC, colors are shown before and after irradiation with LED at 365 nm for 1 minute. -
16 : Farbstabilität von Diarylethenen in PMMA und PC im Lauf der Zeit.16 : Color stability of diarylethenes in PMMA and PC over time. -
17 : Aussehen von PC-Proben, die Diarylethene in verschiedenen Konzentrationen enthalten, abhängig von der Verweilzeit in dem Zylinder während des Einspritzvorgangs.17 : Appearance of PC samples containing diarylethenes at different concentrations depending on the residence time in the cylinder during the injection process. -
18 : Transmissionsgrad von PC-Proben, umfassend DAE, erlangt nach 5 Minuten Verweilzeit in dem Zylinder; 0,2 % (DAE1 + DAE3) bezeichnet eine Probe, umfassend 0,1 Gew.-% DAE1 und 0,1 Gew.-% DAE3; 0,5 % (DAE1 + DAE3) bezeichnet eine Probe, umfassend 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3.18 : Transmittance of PC samples comprising DAE obtained after 5 minutes residence time in the cylinder; 0.2% (DAE1 + DAE3) denotes a sample comprising 0.1 wt% DAE1 and 0.1 wt% DAE3; 0.5% (DAE1 + DAE3) refers to a sample comprising 0.25 wt% DAE1 and 0.25 wt% DAE3. -
19 : Färbung von diarylethenhaltigen PC-Proben abhängig von der Bestrahlungszeit mit LED bei 365 nm; 0,2 % (DAE1 + DAE3) bezeichnet eine Probe, umfassend 0,1 Gew.-% DAE1 und 0,1 Gew.-% DAE3; 0,5 % (DAE1 + DAE3) bezeichnet eine Probe, umfassend 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3.19 : Coloring of PC samples containing diarylethene depending on the irradiation time with LED at 365 nm; 0.2% (DAE1 + DAE3) denotes a sample comprising 0.1 wt% DAE1 and 0.1 wt% DAE3; 0.5% (DAE1 + DAE3) refers to a sample comprising 0.25 wt% DAE1 and 0.25 wt% DAE3. -
20 : Absorption abhängig von der Bestrahlungszeit für diarylethenhaltige PC-Proben; 0,2 % (DAE1 + DAE3) bezeichnet eine Probe, umfassend 0,1 Gew.-% DAE1 und 0,1 Gew.-% DAE3; 0,5 % (DAE1 + DAE3) bezeichnet eine Probe, umfassend 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3.20 : Absorption depending on the irradiation time for PC samples containing diarylethene; 0.2% (DAE1 + DAE3) denotes a sample comprising 0.1 wt% DAE1 and 0.1 wt% DAE3; 0.5% (DAE1 + DAE3) refers to a sample comprising 0.25 wt% DAE1 and 0.25 wt% DAE3. -
21 : Transmissionsgrad von PC-Proben, die Diarylethene enthalten, vor Bestrahlung, nach 1 Sekunde Bestrahlung und nach verschiedenen längeren Bestrahlungszeiten mit LED bei 365nm bei tAmax.21 : Transmittance of PC samples containing diarylethenes before irradiation, after 1 second irradiation and after various longer irradiation times with LED at 365nm at tAmax. -
22 . Transmissionsgrad abhängig von der Wellenlänge für PC-Proben, die 0,5 Gew.-% Diarylethen enthalten, nach einer Bestrahlungszeit gleich tAmax; 0,5 % (DAE1 + DAE3) bezeichnet eine Probe, umfassend 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3.22 . Transmittance dependent on wavelength for PC samples containing 0.5 wt.% diarylethene after an irradiation time equal to tAmax; 0.5% (DAE1 + DAE3) refers to a sample comprising 0.25 wt% DAE1 and 0.25 wt% DAE3. -
23 : Farbe abhängig von der Bestrahlungszeit mit LED bei 365 nm von PC-Proben, die Diarylethene in dem L*a*b*-Bezugsrahmen enthalten (weiß sind die Konzentrationen bei 0,1 Gew.-% oder 0,2 Gew.-% und schwarz die Konzentrationen bei 0,5 Gew.-%).23 : Color dependent on the irradiation time with LED at 365 nm of PC samples containing diarylethenes in the L*a*b* reference frame (white are the concentrations at 0.1 wt% or 0.2 wt% and black the concentrations at 0.5% by weight. -
24 : Helligkeit (L*) von PC-Proben, die Diarylethene enthalten, abhängig von der Bestrahlungszeit mit der LED bei 365nm; 0,2 % (DAE1 + DAE3) bezeichnet eine Probe, umfassend 0,1 Gew.-% DAE1 und 0,1 Gew.-% DAE3; 0,5 % (DAE1 + DAE3) bezeichnet eine Probe, umfassend 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3.24 : Brightness (L*) of PC samples containing diarylethenes depending on the irradiation time with the LED at 365nm; 0.2% (DAE1 + DAE3) denotes a sample comprising 0.1 wt% DAE1 and 0.1 wt% DAE3; 0.5% (DAE1 + DAE3) refers to a sample comprising 0.25 wt% DAE1 and 0.25 wt% DAE3. -
25 : Farbänderung von PC-Proben, umfassend Diarylethene, nach 500 Std. im Ofen bei 100 °C; 0,2 % (DAE1 + DAE3) bezeichnet eine Probe, umfassend 0,1 Gew.-% DAE1 und 0,1 Gew.-% DAE3; 0,5 % (DAE1 + DAE3) bezeichnet eine Probe, umfassend 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3.25 : Color change of PC samples comprising diarylethenes after 500 hours in the oven at 100 °C; 0.2% (DAE1 + DAE3) denotes a sample comprising 0.1 wt% DAE1 and 0.1 wt% DAE3; 0.5% (DAE1 + DAE3) refers to a sample comprising 0.25 wt% DAE1 and 0.25 wt% DAE3. -
26 : Δb* abhängig von der Alterungszeit für nicht bestrahlte Zonen von PC-Proben, die Diarylethene enthalten, und für eine handelsübliche PC-Probe ohne Diarylethene als Referenz; 0,2 % (DAE1 + DAE3) bezeichnet eine Probe, umfassend 0,1 Gew.-% DAE1 und 0,1 Gew.-% DAE3; 0,5 % (DAE1 + DAE3) bezeichnet eine Probe, umfassend 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3.26 : Δb* depending on the aging time for non-irradiated zones of PC samples containing diarylethenes and for a commercial PC sample without diarylethenes as a reference; 0.2% (DAE1 + DAE3) denotes a sample comprising 0.1 wt% DAE1 and 0.1 wt% DAE3; 0.5% (DAE1 + DAE3) refers to a sample comprising 0.25 wt% DAE1 and 0.25 wt% DAE3. -
27 : ΔE der bestrahlten Zonen abhängig von der Alterungszeit für diarylethenhaltige PC-Proben; 0,2 % (DAE1 + DAE3) bezeichnet eine Probe, umfassed 0,1 Gew.-% DAE1 und 0,1 Gew.-% DAE3; 0,5 % (DAE1 + DAE3) bezeichnet eine Probe, umfassend 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3.27 : ΔE of the irradiated zones depending on the aging time for diarylethene-containing PC samples; 0.2% (DAE1 + DAE3) denotes a sample comprising 0.1 wt% DAE1 and 0.1 wt% DAE3; 0.5% (DAE1 + DAE3) refers to a sample comprising 0.25 wt% DAE1 and 0.25 wt% DAE3. -
28 : PC-Pellets; a) handelsüblich, b) handelsüblich nach Extrudieren, umfassend Diarylethene, c) compoundiert mit 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3.28 : PC pellets; a) commercially available, b) commercially available after extrusion, comprising diarylethenes, c) compounded with 0.25% by weight of DAE1 and 0.25% by weight of DAE3. -
29 : PC-Einspritzplatten, hergestellt aus a) handelsüblichen Pellets, b) handelsüblichen Pellets, die einmal auf der halbindustriellen Vorrichtung extrudiert wurden, c) Pellets, die mit 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3 auf der halbindustriellen Vorrichtung compoundiert werden.29 : PC injection panels made from a) commercial pellets, b) commercial pellets extruded once on the semi-industrial device, c) pellets prepared with 0.25 wt% DAE1 and 0.25 wt% DAE3 be compounded in the semi-industrial device. -
30 : PC-Einspritzplatte, umfassend 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3 a) vor Bestrahlung, nach 2 Minuten Bestrahlung mit LED bei 395 nm und nach 1 Minute Bestrahlung mit LED bei 525 nm und b) vor Bestrahlung und nach Schreiben mit einem Laser bei 405 nm.30 : PC injection plate comprising 0.25% by weight of DAE1 and 0.25% by weight of DAE3 a) before irradiation, after 2 minutes of irradiation with LED at 395 nm and after 1 minute of irradiation with LED at 525 nm and b) before irradiation and after writing with a laser at 405 nm. -
31 : Färben von PC-Proben, umfassend 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3 bei Bestrahlung mit der LED bei 365 nm für eine Stärke von a) 1,0 mm und b) 2,5 mm.31 : Dyeing PC samples comprising 0.25 wt% DAE1 and 0.25 wt% DAE3 upon irradiation with the LED at 365 nm for a thickness of a) 1.0 mm and b) 2.5 mm . -
32 : Absorption bei 570 nm abhängig von der Bestrahlungszeit mit LED bei 365 nm für PC-Proben, umfassend 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3 von 1,0 mm bzw. 2,5 mm Stärke.32 : Absorption at 570 nm depending on the irradiation time with LED at 365 nm for PC samples comprising 0.25 wt% DAE1 and 0.25 wt% DAE3 of 1.0 mm and 2.5 mm thickness, respectively. -
33 : Farbentwicklung in dem L*a*b*-Rahmen abhängig von der Bestrahlungszeit mit LED bei 365 nm von PC-Proben, umfassend 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3 von 1 mm und 2,5 mm Stärke.33 : Color development in the L*a*b* frame depending on the irradiation time with LED at 365 nm of PC samples comprising 0.25 wt% DAE1 and 0.25 wt% DAE3 of 1 mm and 2, 5mm thickness. -
34 : a) Sättigung C*, b) Helligkeit L* von 1,0 mm und 2,5 mm PC-Proben, die 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3 enthalten, abhängig von der Bestrahlungszeit mit der LED bei 365 nm.34 : a) Saturation C*, b) Brightness L* of 1.0 mm and 2.5 mm PC samples containing 0.25 wt% DAE1 and 0.25 wt% DAE3, depending on the irradiation time with the LED at 365 nm. -
35 . Farbveränderung von 2,5 mm PC-Proben, die 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE enthalten, nach 500 Std. im Ofen bei 100 °C.35 . Color change of 2.5 mm PC samples containing 0.25 wt% DAE1 and 0.25 wt% DAE after 500 h in the oven at 100 °C.
BeispieleExamples
Materialien und VerfahrenMaterials and methods
PolymerePolymers
Die folgenden PMMA- und PC-Ausgangsmaterialien wurden verwendet:
CompoundingCompounding
Sofern nicht anders angegeben, wurde das Compounding wie folgt ausgeführt.Unless otherwise stated, compounding was performed as follows.
Im Labormaßstab wurde ein HAAKETM MiniLab Micro Compounder verwendet, der ca. 3 g Material aufnehmen kann. Der Extruder war mit zwei nicht ineinandergreifenden, konischen Schnecken mit zwei Gewinden und regelmäßiger Steigung ausgestattet, die sich gemeinsam drehten. Die Extrusionstemperaturen wurden auf 190 °C für PMMA und 210 °C für PC eingestellt.On a laboratory scale, a HAAKETM MiniLab Micro Compounder was used, which can hold approx. 3 g of material. The extruder was equipped with two non-mesh, double-threaded, regular-pitch conical screws that rotated in unison. The extrusion temperatures were set at 190 °C for PMMA and 210 °C for PC.
Es wurden Formulierungen von 10 g photochromen Thermoplasten hergestellt. Das Mischen des photochromen Produktpulvers mit dem thermoplastischen Granulat erfolgte direkt in der Compoundiermaschine, um Materialverluste zu vermeiden. Die Anzahl der Durchläufe des Gemischs durch den Compounder wurde auf 2 eingestellt, um eine Zersetzung zu begrenzen.Formulations of 10 g of photochromic thermoplastics were prepared. The photochromic product powder was mixed with the thermoplastic granules directly in the compounding machine to avoid material losses. The number of passes of the mixture through the compounder was set to 2 to limit decomposition.
Im halbindustriellen Maßstab wurde ein HAAKETM Rheomex CTW100 QC-Compounder verwendet, der mit gegenläufigen, sich gegenseitig durchdringenden konischen Schnecken ausgestattet war. Die Extrusionstemperaturen wurden sowohl für PMMA als auch für PC auf 200 bis 210 °C eingestellt.On a semi-industrial scale, a HAAKETM Rheomex CTW100 QC compounder equipped with counter-rotating, interpenetrating conical screws was used. The extrusion temperatures were set at 200 to 210 °C for both PMMA and PC.
Formulierungen von 5 bis 15 kg photochromer Thermoplaste wurden in halbindustriellem Maßstab hergestellt. Ein Vormischen des photochromen Produktpulvers in zehnfacher Konzentration in Gew.-% bezogen auf seine endgültige Massenkonzentration mit dem thermoplastischen Granulat wurde manuell durchgeführt. Die Vormischung wurde in einem Durchgang gemischt, um eine Hauptcharge zu erlangen. Für den endgültigen photochromen Thermoplast wurden 10 Gew.-% des Masterbatches und 90 Gew.-% des thermoplastischen Granulats in einem zweiten Durchgang zur endgültigen Formulierung Compoundiert.Formulations of 5 to 15 kg of photochromic thermoplastics have been produced on a semi-industrial scale. Premixing of the photochromic product powder in a tenfold concentration in wt .% based on its final mass concentration with the thermoplastic granules was carried out manually. The premix was mixed in one pass to obtain a main batch. For the final photochromic thermoplastic, 10% by weight of the masterbatch and 90% by weight of the thermoplastic granules were compounded in a second pass to form the final formulation.
SpritzgießenInjection molding
Wenn nicht anders angegeben, wurde das Spritzgießen wie folgt ausgeführt.Unless otherwise stated, injection molding was carried out as follows.
Im Labormaßstab wurde eine HAAKETM MiniJet PRO Presse verwendet, ein vertikales Spritzgussgerät, das an den oben erwähnten Compounder HAAKETM MiniLab Micro angeschlossen werden kann.On the laboratory scale, a HAAKETM MiniJet PRO press was used, a vertical injection molding device that can be connected to the HAAKETM MiniLab Micro compounder mentioned above.
Wenn nicht anders beschrieben, ist der Einspritzdruck für eine schnelle Einspritzung auf sein Maximum, d. h. 800 bar, eingestellt. Der Nachdruck war 400 bar und die Einspritz- und Nachdruckzeiten waren jeweils 5 Sekunden für PMMA- und PC-Proben. Die Zylindertemperatur der Einspritzeinheit wurde für Spiropyran auf 230 °C eingestellt. Für die temperaturstabileren Diarylethene wurde die Zylindertemperatur auf bis zu 280 °C erhöht. Die Temperatur in der Formanlage wurde auf 120 °C eingestellt.Unless otherwise stated, the injection pressure is set to its maximum, ie 800 bar, for rapid injection. The holding pressure was 400 bar and the injection and holding pressure times were 5 seconds each for PMMA and PC samples. The cylinder temperature of the injection unit was for Spiro pyran set to 230 °C. For the more temperature-stable diarylethenes, the cylinder temperature was increased to up to 280 °C. The temperature in the molding system was set to 120 °C.
Es wurden Spiropyranproben mit einer Größe von ca. 25,0 x 10,0 mm und einer Stärke von 1 mm und Diarylethenproben mit einer Größe von ca. 50,0 x 10,0 mm und einer Stärke von 1 mm erlangt.Spiropyran samples measuring approximately 25.0 x 10.0 mm and 1 mm thick and diarylethene samples measuring approximately 50.0 x 10.0 mm and 1 mm thick were obtained.
Im halbindustriellen Maßstab wurde die Spritzgießmaschine Krauss-Maffei 160T mit einer Kapazität von 160 t verwendet. Vor Einspritzen kann das Granulat über Nacht bei 120 °C getrocknet werden.On a semi-industrial scale, the Krauss-Maffei 160T injection molding machine with a capacity of 160 t was used. Before injection, the granules can be dried overnight at 120 °C.
Die Spritzgussvorrichtung war mit einer einzigen Schnecke ausgestattet, die eine zusätzliche Heizung und einen Temperaturgradienten mit fünf Temperaturzonen ermöglichte (
Die Drehgeschwindigkeit der Einspritzschnecke wurde auf 100 U/Min. eingestellt. Für die Herstellung von Spiropyran- bzw. Diarylethylen-Formulierungen wurden individuelle Temperaturgradienten auf den Schneckenzylinder angewendet.The rotation speed of the injection screw was set to 100 rpm. set. For the production of spiropyran or diarylethylene formulations, individual temperature gradients were applied to the screw barrel.
Die Zykluszeit war 30 bis 40 Sekunden und die Formtemperatur war 80 °C für Spiropyrane und 90 °C für Diarylethene. Die Platten mit einer Größe von ca. 167,0 x 84,5 mm und einer Stärke von 2,5 mm wurden in dem halbindustriellen Maßstab hergestellt.The cycle time was 30 to 40 seconds and the mold temperature was 80 °C for spiropyrans and 90 °C for diarylethenes. The panels, measuring approximately 167.0 x 84.5 mm and 2.5 mm thick, were manufactured on a semi-industrial scale.
LichtaktivierungLight activation
Photochrome Thermoplaste wurden unter Bestrahlung mit einer Lichtquelle photoreaktiviert. Die folgenden Vorrichtungen wurden verwendet:
Thermische AnalyseThermal analysis
Die Glasübergangstemperatur (Tg) von Thermoplasten mit und ohne Photochromen wurde mit einem Differenzialkalorimeter (DSC) Metler Toledo STARe System DSC 1 gemessen. Mehrere Milligramm Thermoplast-Granulat werden in einem Aluminiumtiegel unter Verwendung des folgenden Analyseverfahrens untersucht:
- Unter N2 (100 ml/Min)
- (1) 0 °C; 5 Min
- (2) 0-250 °C; 10 °C/Min
- (3) 250 °C; 5 Min
- (4) 250-0 °C; -10 °C/Min
- (5) 0 °C; 5 Min
- (6) 0-250 °C; 10 °C/Min
- Under N 2 (100 ml/min)
- (1) 0°C; 5 mins
- (2) 0-250°C; 10°C/min
- (3) 250°C; 5 mins
- (4) 250-0°C; -10°C/min
- (5) 0°C; 5 mins
- (6) 0-250°C; 10°C/min
Die Glasübergangstemperatur Tg wurde aus dem beobachteten Abfall des Wärmestroms anhand der erlangten DSC-Kurven bestimmt.The glass transition temperature Tg was determined from the observed decrease in heat flow using the obtained DSC curves.
Die thermische Stabilität der photochromen Verbindungen wurde durch thermogravimetrische Analyse (TGA) unter Verwendung eines Thermoanalysegeräts Mettler Toledo STARe System TGA/DSC 3+ bestimmt.The thermal stability of the photochromic compounds was determined by thermogravimetric analysis (TGA) using a Mettler Toledo STARe System TGA/DSC 3+ thermal analyzer.
Einige Milligramm des photochromen Pulvers wurden in Keramiktiegeln platziert, die unter Stickstoff einer Temperaturrampe von 30 bis 600 °C mit einem Anstieg von 10 °C pro Minute unterzogen wurden.A few milligrams of the photochromic powder were placed in ceramic crucibles, which were subjected to a temperature ramp from 30 to 600 °C with an increase of 10 °C per minute under nitrogen.
Für jede Probe wurden zwei Temperaturen aufgezeichnet: die Temperatur, die einem Massenverlust von 10 % entspricht, und die Temperatur, die dem ersten Minimum der Ableitung des Massenverlusts entspricht, das die Temperatur an dem Wendepunkt der Massenverlustkurve darstellt. Diese letztere Temperatur wird als Zersetzungstemperatur bezeichnet.Two temperatures were recorded for each sample: the temperature corresponding to a 10% mass loss and the temperature corresponding to the first minimum of the mass loss derivative, which represents the temperature at the inflection point of the mass loss curve. This latter temperature is called the decomposition temperature.
UV-VIS-SpektroskopieUV-VIS spectroscopy
Die optischen Eigenschaften der Thermoplaste mit und ohne photochrome Verbindungen sowie der photochromen Verbindungen wurden mit einem Spektralphotometer JASCO V750 für sichtbares UV analysiert.The optical properties of the thermoplastics with and without photochromic compounds as well as the photochromic compounds were analyzed using a JASCO V750 visible UV spectrophotometer.
Das Spektralphotometer wurde um ein zusätzliches Modul erweitert, sodass die Software SpectraManager auch die kolorimetrischen Daten der Probe eingeben kann, insbesondere die Werte L*, a* und b*. Diese Größen werden aus dem CIELAB-Modell abgeleitet, das 1976 von der Internationalen Beleuchtungskommission (CIE) eingeführt wurde. Dabei handelt es sich um ein internationales Modell, das von der Messvorrichtung unabhängig ist und auf der menschlichen Farbwahrnehmung beruht. Er ist als kugelförmiger Raum dargestellt, wobei L* die neutrale Achse ist, die der Helligkeit entspricht, Schwarz bei 0 % und Weiß bei 100 % ist, und den Achsen a* und b*, die der Chromatizität entsprechen, wobei a* von Grün bis Rot und b* von Blau bis Gelb reicht,The spectrophotometer has been expanded with an additional module so that the SpectraManager software can also enter the colorimetric data of the sample, in particular the L*, a* and b* values. These quantities are derived from the CIELAB model introduced by the International Commission on Illumination (CIE) in 1976. This is an international model that is independent of the measuring device and is based on human color perception. It is represented as a spherical space, where L* is the neutral axis, which corresponds to brightness, black at 0% and white at 100%, and the axes a* and b*, which correspond to chromaticity, where a* is green to red and b* ranges from blue to yellow,
Es ist also möglich, eine Farbe anhand der Werte L*, a* und b* zu charakterisieren. Zusätzlich können der Sättigungswert C*, der dem Abstand zwischen dem Neutralpunkt und dem Messpunkt entspricht, und der Farbton h°, der dem Winkel zwischen der positiven Achse a* und der Halblinie C* entspricht, bewertet werden. Diese zwei Werte können dann wie folgt ausgedrückt werden:
Die Gesamtfarbdifferenz einer Probe im Vergleich zu einer Referenz kann als eine einzige Größe ΔE definiert werden:
Dieser Wert kann zum Bestimmen der Wahrnehmungsschwelle und der Akzeptanzschwelle herangezogen werden, die jeweils dem vom Auge wahrnehmbaren Mindestfarbunterschied und dem anwendungsspezifisch maximal akzeptablen Farbunterschied entsprechen.This value can be used to determine the perception threshold and the acceptance threshold, which correspond to the minimum color difference perceivable by the eye and the application-specific maximum acceptable color difference.
Im Rahmen der Entwicklung des neuen Thermoplasts wird der Wert ΔE für die Farbstabilität der Proben während der Alterungstests und bei der Bewertung der Auswirkungen des Zusatzes einer photochromen Verbindung auf die Ausgangsfarbe (ohne Aktivierung) der thermoplastischen Probe verwendet. Eine Farbe gilt dann als stabil, wenn der ΔE-Wert kleiner als oder gleich 2 ist.As part of the development of the new thermoplastic, the value ΔE is used for the color stability of the samples during the aging tests and when evaluating the effects of the addition of a photochromic compound on the initial color (without activation) of the thermoplastic sample. A color is considered stable if the ΔE value is less than or equal to 2.
Beispiel 1 - Organische Verbindungen vom Typ TExample 1 - Type T Organic Compounds
Verwendete SpiropyraneSpiropyrans used
Für die Untersuchung reversibler Systeme wurden 10 Spiropyrane, bezeichnet als SP0 bis SP9, der allgemeinen Struktur Indolinobenzospiropyran mit variablen Substituenten an dem Benzopyranring ausgewählt (Tabelle 2).For the study of reversible systems, 10 spiropyrans, designated SP0 to SP9, of the general structure indolinobenzospiropyran with variable substituents on the benzopyran ring were selected (Table 2).
SP5 bis SP9 dienen als Vergleichsbeispiele. Es wurde bestimmt, dass SP5 bis SP9 eine unbefriedigende Photoreaktivität mit keiner oder nur geringer sichtbarer Färbung nach UV-Bestrahlung aufwiesen und somit die gewünschten Hauptkriterien nicht erfüllten, d. h. Löslichkeit, Stabilität während der Verarbeitung und schnelle Photoreaktivität in thermoplastischen Matrizen. Tabelle 2: Untersuchte photochrome organische Verbindungen vom Typ T.
Thermische StabilitätThermal stability
Die thermische Stabilität der ausgewählten Additive wurde mittels thermogravimetrischer Analyse bewertet. Eine Stabilität bis zu 250 °C, oder mindestens 210 °C für PMMA und mindestens 190 °C für PC, ist erwünscht, um die Einbindung der Additive in Thermoplaste, wie z. B. PMMA und PC zu ermöglichen. Tabelle 3 fasst die Temperaturen, bei denen ein Gewichtsverlust von 10 Gew.-% auftritt, und die Zersetzungstemperaturen der verwendeten Verbindungen zusammen. Tabelle 3: Charakteristische Zersetzungstemperaturen von photochromen Verbindungen vom Typ T.
CompoundingCompounding
Die photochromen Verbindungen wurden mit PMMA und PC bei 190 °C bzw. 210 °C in dem Bereich von 0,02 bis 0,06 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung, wie angegeben in
Die Spiropyrane waren alle gut mischbar mit PMMA und PC. Bei Spiropyranen in PMMA wurde nach Compounding ein leichter rosa Farbton beobachtet, der bei Raumtemperatur verschwindet. Dies wurde auch für SP2 in PC beobachtet, während SP1 in PC eine leicht bläuliche Anfangsfarbe aufweist, die später verschwand. SP5 zeigte keine anfängliche Farbe in PMMA. SP0 und SP4 waren auch in PC transparent. Wie aus der thermischen Analyse zu erwarten war, zeigte SP7 eine gelbliche Farbe, die charakteristisch für eine Zersetzung der Verbindung war, und SP9 färbte das PMMA bei einer niedrigen Konzentration von 0,05 Gew.-% nach Compounding stark rosa.The spiropyrans were all easily miscible with PMMA and PC. A slight pink hue was observed for spiropyrans in PMMA after compounding, which disappears at room temperature. This was also observed for SP2 in PC, while SP1 in PC has a slightly bluish initial color that later disappeared. SP5 showed no initial color in PMMA. SP0 and SP4 were also transparent in PC. As expected from the thermal analysis, SP7 showed a yellowish color, which was characteristic of compound decomposition, and SP9 colored the PMMA strongly pink at a low concentration of 0.05 wt% after compounding.
Photoreaktivität nach CompoundingPhotoreactivity after compounding
Nach Compounding wurde die Photoreaktivität der photochromen Verbindungen unter Bestrahlung mit einer LED 315 mW/cm2 bei 365 nm über 1 Minute beobachtet (
Es konnte eine große Vielfalt an anfänglichen Erscheinungsbildern beobachtet werden. Nur Spiropyrane, die eine -NO2-Gruppe enthalten (SP0 bis SP4), zeigten nach 1 Min. Bestrahlung mit der LED bei 365 nm einen Farbwechsel. Diese Spiropyrane veränderten sich von farblos/rosa zu blau. Diese Resultate zeigen, dass es möglich ist, eine sehr ausgeprägte Farbe mit sehr niedrigen Konzentrationen von Zusatzstoffen, wie z. B. 0,02 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung, zu erlangen.A wide variety of initial appearances could be observed. Only spiropyrans containing a -NO 2 group (SP0 to SP4) showed a color change after 1 min of irradiation with the LED at 365 nm. These spiropyrans changed from colorless/pink to blue. These results show that it is possible to achieve a very distinct color with very low concentrations of additives such as: B. 0.02% by weight, based on the total amount of the composition.
Ohne an die Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass die Art der Substituenten das elektronische Verhalten des Moleküls beeinflussen wird. Je nach Art der an dem Molekül vorhandenen Substituenten, Donor oder Attraktor, erfolgt die Ringöffnung entweder durch einen Singulett-Zustand oder durch einen Triplett-Zustand. Die anziehenden Gruppen an dem pyranischen Teil des Moleküls stabilisieren die Merocyaninform (
Für nitro-substituierte Moleküle wurde sogar ein besonderer Mechanismus nachgewiesen. Das Absorptionsband von Spiropyran zwischen 300 und 400 nm entspricht der Absorption des Benzopyranteils. Dies ist der π-π* elektronische Übergang von Benzol. Somit findet durch Bestrahlung bei 365 nm und in Anwesenheit einer anziehenden Gruppe an dem Benzolteil ein intramolekularer Ladungstransfer von dem Sauerstoff zu der anziehenden Gruppe und insbesondere zu der Nitrogruppe statt, bei dem ein π|-π*πn* Übergang erfolgt.A special mechanism has even been demonstrated for nitro-substituted molecules. The absorption band of spiropyran between 300 and 400 nm corresponds to the absorption of the benzopyran moiety. This is the π-π* electronic transition of benzene. Thus, by irradiation at 365 nm and in the presence of an attractive group on the benzene moiety, an intramolecular charge transfer takes place from the oxygen to the attractive group and in particular to the nitro group, in which a π|-π*πn* transition occurs.
Diese Umverteilung der Elektronendichte des Moleküls führt zu einer positiven Ladung des Sauerstoffs sowie zu einer Polarisierung der Cspiro-O-Bindung, die dann aufbricht (
Der schnelle Farbwechsel von SP0- zu SP4-Molekülen ist auf die -NO2-Gruppe zurückzuführen, die das Alkoxyanion stabilisieren und den Bruch der Cspiro-O-Bindung beschleunigen kann. Obwohl die Effizienz der Photoisomerisierung auch von der Position der Nitrogruppe abhängt (
Beispiel 2 - Stabilität von 1,3,3-Trimethylindolino-6'-nitrobenzopyrylospiran (SP0)Example 2 - Stability of 1,3,3-trimethylindolino-6'-nitrobenzopyrylospirane (SP0)
Wie oben beschrieben in Materialien und Verfahren für die Herstellung im Labormaßstab, wurde SP0 bei 190 °C in das PMMA und bei 210 °C durch Compounding in das PC eingebunden. Während der Compoundingphase wurde bei beiden thermoplastischen Matrizen ein thermochromes Phänomen beobachtet, bei dem sich die Farbe von farblos zu hellviolett/rosa bei PMMA und hellblau bei PC ändert. Die Farbe verschwand nach einigen Minuten, als die Extrudate wieder Raumtemperatur erreichten. Es erfolgten zwei Durchgänge durch den Labor-Compounder HAAKETM MiniLab Micro Compounder, um ein homogenes Gemisch zu erlangen. Am Ende des Compoundingvorgangs wurde das Gemisch in Pellets geschnitten, die dann unter Verwendung der Presse HAAKETM MiniJet PRO verpresst wurden. Tabelle 4 fasst die verwendeten Konzentrationen und Parameter zusammen. Tabelle 4: Experimentelle Parameter für die Herstellung von PMMA- und PC-Proben im Labormaßstab, die SP0 enthalten
Zur industriellen Spritzgussproduktion muss das Material 15 Minuten bei den hohen Compounding- und Extrudiertemperaturen stabil bleiben.For industrial injection molding production, the material must remain stable for 15 minutes at the high compounding and extrusion temperatures.
Die erlangten PMMA-Proben zeigten einen leichten rosa Glanz und färbten sich nach etwa 15 Minuten in dem Zylinder bei 230 °C hellorange, während die PC-Proben nur einen sehr leichten blauen Glanz nach 15 Minuten und dann eine rosa-orange Färbung nach mehr als 20 Minuten in dem Zylinder bei der gleichen Temperatur zeigten (
Die Einbindung neuer Verbindungen in die thermoplastischen Matrizen könnte sich auf die endgültigen Eigenschaften des Materials, wie z. B. die Glasübergangstemperatur (Tg), auswirken. Diese Veränderung könnte dann indikativ für eine Veränderung der mechanischen Eigenschaften des Materials sein. Um den Einfluss von SP0 auf die Tg von PMMA und PC zu bestimmen, wurden zuvor compoundierte Pellets umfassend 0,05 Gew.-% SP0 in PMMA und 0,04 Gew.-% in PC mittels Differential-Scanning-Kalorimetrie (DSC) analysiert und mit handelsüblichen Pellets und handelsüblichen Pellets, die ohne Spiropyran extrudiert wurden, verglichen. Die DSC-Tg-Werte waren für die zweimal compoundierten und einmal extrudierten Proben mit SP0 identisch und lagen nahe an den Werten der handelsüblichen Proben (Tabelle 5). Diese für jede Probe erlangten Temperaturen zeigten, dass ein Compounding mit SP0 keinen signifikanten Einfluss auf die Tg von PMMA und PC hatte. Die Enbindung von SP0 führte also nicht zu einer Veränderung der Mobilität der Polymerketten. Tabelle 5. Glasübergangstemperatur (Tg) für PMMA und PC vor und nach Compounding bei 190 °C und 210 °C, die compoundierten PMMA-Proben umfassten 0,05 Gew.-% SP0 und die compoundierten PC-Proben umfassten 0,04 Gew.-% SP0
Die DSC-Tg-Werte sind für die einmal extrudierten Proben ohne photochrome Verbindung und die zweimal compoundierten Proben umfassend photochrome Verbindungen identisch und liegen nahe an den Werten der handelsüblichen Proben. Die für jede Probe erlangten Temperaturen zeigen, dass ein Compounding mit SP0 keinen signifikanten Einfluss auf die Tg von PMMA und PC hat.The DSC-Tg values for the samples extruded once without photochromic compound and the samples compounded twice including photochromic compounds are identical and are close to the values of the commercial samples. The temperatures obtained for each sample show that compounding with SP0 has no significant influence on the Tg of PMMA and PC.
Zusätzlich wurde die Auswirkung des Zusatzes von SP0 zu Thermoplasten auf das Vergilbungsverhalten im Lauf der Zeit durch eine beschleunigte Alterung im Dunkeln in einem Ofen bei 100 °C über 500 Stunden untersucht. Es wurden compoundierte PMMA- und PC-Proben ohne SP0, compoundierte und gespritzte PMMA-Proben, umfassend jeweils 0,05 Gew.-% SP0 und compoundierte und gespritzte PC-Proben, umfassend jeweils 0,04 Gew.-% SP0 hergestellt und gealtert. Die gealterten Proben wurden visuell mit den entsprechenden nicht gealterten Proben verglichen (
Bei beiden PMMA-Proben, die SP0 enthielten, wurde eine leichte Vergilbung beobachtet, während bei dem compoundierten PC, das SP0 enthielt, keine Vergilbung beobachtet wurde. Die gespritzte PC-Probe, die SP0 enthielt, wies eine leichte Rosafärbung auf.Slight yellowing was observed for both PMMA samples containing SP0, while no yellowing was observed for the compounded PC containing SP0. The sprayed PC sample containing SP0 had a slight pink color.
Beispiel 3 - Parameter zum Bestimmen der Photoaktivität von 1,3,3-Trimethylindolino-6'-nitrobenzopyrylospiran (SP0)Example 3 - Parameters for determining the photoactivity of 1,3,3-trimethylindolino-6'-nitrobenzopyrylospirane (SP0)
Verschiedene Parameter können die Kinetik der Färbung und Entfärbung photochromer Moleküle beeinflussen, insbesondere die Art des Thermoplasts und die Konzentration der photochromen Verbindung.Various parameters can influence the kinetics of coloring and decoloring of photochromic molecules, especially the type of thermoplastic and the concentration of the photochromic compound.
PMMA umfassend 0,05 Gew.-% und PC umfassend 0,04 Gew.-% SP0 wurden compoundiert, wie es in Tabelle 4 angegeben ist. Die so erlangten Proben wurden mit der LED bei 365 nm mit einer Leistung von 315 mW/cm2 über 1 Minute bestrahlt. Zur Entfärbung wurden die Proben mit einer LED bei 525 nm bei 1 W/cm2 über 2 Min. (PMMA) oder 9 Min. (PC) bestrahlt.PMMA comprising 0.05 wt.% and PC comprising 0.04 wt.% SP0 were compounded as indicated in Table 4. The samples obtained in this way were irradiated with the LED at 365 nm with a power of 315 mW/cm 2 for 1 minute. For decolorization, the samples were irradiated with an LED at 525 nm at 1 W/cm 2 for 2 min (PMMA) or 9 min (PC).
Die anfängliche Färbung und die Färbung nach der Bestrahlung waren bei PMMA und PC nicht identisch (
PC umfassend 0,03 und 0,04 Gew.-% SP0 wurde wie angegeben in Tabelle 4 compoundiert. Die so erlangten Proben wurden mit der LED bei 365 nm mit einer Leistung von 315 mW/cm2 über 1 Minute bestrahlt. Zur Entfärbung wurden die Proben mit einer LED bei 525 nm bei 1 W/cm2 über 3 Min. (0,03 Gew.-% SP0) oder 9 Min. (0,04 Gew.-% SP0) bestrahlt (
Eine Erhöhung der Menge an SP0 um 33 % in PC resultierte somit in einer deutlich kräftigeren Farbe nach einer Minute Bestrahlung mit der LED bei 365 nm.An increase in the amount of SP0 in PC by 33% resulted in a significantly stronger color after one minute of irradiation with the LED at 365 nm.
Beispiel 4 - Zyklische Photoaktivität von 1,3,3-Trimethylindolino-6'-nitrobenzopyrylospiran (SP0)Example 4 - Cyclic photoactivity of 1,3,3-trimethylindolino-6'-nitrobenzopyrylospiran (SP0)
In einer ersten Versuchsrunde wurde PC, umfassend 0,02 und 0,12 Gew.-% SP0 compoundiert und wie angegeben in Tabelle 4 mit einer Zylinderverweilzeit von 10 Min. bei 230 °C geformt. Es wurden Proben mit einer Größe von ca. 20,0 x 10,0 mm und einer Stärke von 1,0 mm erlangt. Die so erlangten Proben wurden mit der LED bei 365 nm mit einer Leistung von 315 mW/cm2 bestrahlt. Zur Entfärbung wurden die Proben mit einer LED bei 525 nm bei 1 W/cm2 bestrahlt.In a first round of experiments, PC comprising 0.02 and 0.12 wt.% SP0 was compounded and molded as indicated in Table 4 with a cylinder residence time of 10 min at 230 ° C. Samples measuring approximately 20.0 x 10.0 mm and 1.0 mm thick were obtained. The samples obtained in this way were irradiated with the LED at 365 nm with a power of 315 mW/cm 2 . For decolorization, the samples were irradiated with an LED at 525 nm at 1 W/cm 2 .
Je länger die Bestrahlung mit der LED bei 365 nm mit einer Leistung von 315 mW/cm2 dauerte, desto stärker war die Färbung, und es wurde schnell ein Plateau erreicht (
Nach Überwachen der Absorption bei 595,6 nm abhängig von der Bestrahlungszeit mit der LED bei 365 nm wird die Absorption bei 595,6 nm während der Bestrahlung mit der LED bei 525 mit einer Leistung von 1 W/cm2 überwacht (
Gemäß
In einer zweiten Versuchsreihe wurde PC umfassend 0,02 und 0,12 Gew.-% SP0 compoundiert und wie angegeben in Tabelle 4 mit einer Zylinderverweilzeit von 5 Min. bei 230 °C geformt. Die so erlangten Proben wurden wie folgt bestrahlt:
- • Proben, die 0,02 Gew.-% SP0 enthalten: 2 Minuten mit LED bei 365 nm (315 mW/cm2), dann 10 Minuten mit LED bei 525 nm (1 W/cm2),
- • Proben, die 0,12 Gew.-% SP0 enthalten: 2:30 Minuten mit LED bei 365 nm (315 mW/cm2) dann 10 Minuten mit LED bei 525 nm (1 W/cm2)
- • Samples containing 0.02 wt% SP0: 2 minutes with LED at 365 nm (315 mW/cm 2 ), then 10 minutes with LED at 525 nm (1 W/cm 2 ),
- • Samples containing 0.12 wt.% SP0: 2:30 minutes with LED at 365 nm (315 mW/cm 2 ) then 10 minutes with LED at 525 nm (1 W/cm 2 )
Am Ende jeder Bestrahlung wurde die Absorption bei 595,6 nm durch UV-Vis-Spektroskopie gemessen (
Beispiel 5 - Einführung von 1,3,3-Trimethylindolino-6'-nitrobenzopyrylospiran (SP0) in PC in halbindustriellem MaßstabExample 5 - Introduction of 1,3,3-trimethylindolino-6'-nitrobenzopyrylospirane (SP0) into PC on a semi-industrial scale
CompoundingCompounding
PC-Pellets wurden auf der halbindustriellen Extrusionsvorrichtung HAAKETM Rheomex CTW100 QC hergestellt, wobei die Drehrichtung der Schnecken im Vergleich zu der oben beschriebenen Laborausführung umgekehrt ist. Die Extrusionstemperatur wurde auf 200 °C eingestellt. Es wurden Schneckendrehzahlen von 50 U/Min. und 100 U/Min. verwendet. Es wurden Mengen in dem Bereich von 1 bis 15 kg hergestellt.PC pellets were produced on the HAAKETM Rheomex CTW100 QC semi-industrial extrusion device, with the direction of rotation of the screws reversed compared to the laboratory version described above. The extrusion temperature was set at 200 °C. Screw speeds of 50 rpm were used. and 100 rpm. used. Amounts ranging from 1 to 15 kg were produced.
Eine Hauptcharge von PC-Pellets umfassend 0,60 Gew.-% SPC wurde hergestellt. In einem zweiten Compoundingschritt wurden diese Masterbatch-Pellets zur Herstellung von PC-Pellets umfassend 0,04 Gew.-% SP0 verwendet.A main batch of PC pellets comprising 0.60 wt% SPC was prepared. In a second compounding step, these masterbatch pellets were used to produce PC pellets comprising 0.04% by weight of SP0.
Nach dem zweiten Compounding reichte die Färbung der endgültigen Pellets von sehr hellblau und grün bis zu sehr hellrosa.After the second compounding, the color of the final pellets ranged from very light blue and green to very light pink.
SpritzgießenInjection molding
Das Spritzgießen und Extrudieren in halbindustriellem Maßstab wurde wie oben beschrieben mit der Spritzgussmaschine 160T von Krauss-Maffei ausgeführt, die mit einer einzigen Schnecke ausgestattet ist, die eine Zusatzheizung erfordert.The injection molding and extrusion on a semi-industrial scale was carried out as described above using the Krauss-Maffei 160T injection molding machine, which is equipped with a single screw that requires additional heating.
Der Temperaturgradient wurde, wie in Material und Verfahren beschrieben und wie in
Die erlangten Platten wurden aus einem im Wesentlichen farblosen Granulat hergestellt und hatten ein homogenes, sehr leicht gelbliches Aussehen.The plates obtained were made from essentially colorless granules and had a homogeneous, very slightly yellowish appearance.
Eigenschaften der resultierenden thermoplastischen TeileProperties of the resulting thermoplastic parts
PhotoreaktivitätPhotoreactivity
Trotz der leichten anfänglichen Gelbfärbung der Proben blieb die Reaktivität von SP0 erhalten. Bereits nach 5 Sekunden Bestrahlung mit der LED bei 365nm mit einer Leistung von 315 mW/cm2 konnte eine Blaufärbung beobachtet werden (
Durch die Verwendung einer Maske war es möglich, verschiedene Muster zu erzeugen, ohne dass ein Fleckeneffekt wie beim Laser auftrat. Beispielsweise war es unter Verwendung eines LED-Projektors bei 395 nm mit einer Leistung von 100 mW/cm2 in 10 Sekunden eine Faurecia-Schrift auf einer 2,50 mm starken PC-Platte enthaltend 0,04 Gew.-% SP0 erlangt werden (
Es war auch möglich, die zunächst mit dem LED-Projektor bei 395 nm aktivierten PC-Platten (
Beschleunigtes AlternAccelerated aging
Da die gespritzten Platten eine gute Photoreaktivität aufwiesen, wurde ihre Stabilität über einen längeren Zeitraum untersucht. Zu diesem Zweck wurden eine PC-Platte ohne SP0 und eine PC-Platte umfassend 0,04 Gew.-% SP0 in Prüfkörper für beschleunigtes Altern geschnitten. Zwei Prüfkörper umfassend kein SP0 und drei Prüfkörper umfassend 0,04 Gew.-% SP0 wurden 500 Stunden im Dunkeln bei Raumtemperatur gelagert, und zwei weitere Sätze von drei und zwei Proben wurden 500 Stunden bei 100 °C in einem Ofen gelagert.Since the sprayed plates had good photoreactivity, their stability was examined over a longer period of time. For this purpose, a PC plate without SP0 and a PC plate containing 0.04 wt% SP0 were cut into accelerated aging test specimens. Two test specimens comprising no SP0 and three test specimens comprising 0.04 wt.% SP0 were exposed for 500 hours in the dark at room temperature stored, and two additional sets of three and two samples were stored in an oven at 100 °C for 500 hours.
Diese Proben wurden dann unter Verwendung von UV-Vis-Spektroskopie analysiert, um die Entwicklung des Vergilbens der Proben anhand der aus den Absorptionsspektren extrahierten L*a*b*-Daten zu bestimmen. Die charakteristische Größe zum Hervorheben von Vergilben ist das Δb*. Diese Größe ist die Differenz zwischen dem Wert von b* am Ende des Alterungsprozesses und dem Wert davor. Das b* steht für den Farbton von Blau bis Gelb. Ist das Δb* positiv, wird Vergilbung beobachtet. Da die vier Δb*-Werte in absoluten Zahlen kleiner als 2 sind, wird die Veränderung des Farbtons als nicht signifikant betrachtet (Tabelle 6). Tabelle 6
Diese Analysen zeigen daher, dass bei diesen zwei Probensätzen im Laufe der Zeit kein Vergilben eingetreten ist. Das Spritzgießen des SP0-Systems in größerem Maßstab in den PC veränderte die Stabilitätseigenschaften des Systems im Lauf der Zeit nicht.These analyzes therefore show that no yellowing occurred over time in these two sets of samples. Large-scale injection molding of the SP0 system into the PC did not alter the stability characteristics of the system over time.
Ursprung der anfänglichen Gelbfärbung - Einfluss der hohen VerarbeitungstemperaturOrigin of initial yellowing - influence of high processing temperature
Mit dem halbindustriellen Gerät hergestellte PC-Pellets, die SP0 enthielten, wurden mit einer Zylindertemperatur von 230 und 300 °C in die Laborvorrichtung eingespritzt. Die bei 230 °C erlangten Proben (
Dies zeigt, dass ein Einspritzen bei sehr hohen Temperaturen für die gelbliche Färbung verantwortlich ist, die bei Einspritzen von PC-Platten mit SP0 auftritt.This shows that injection at very high temperatures is responsible for the yellowish coloration that occurs when PC plates are injected with SP0.
Beispiel 6 - Organische Verbindungen vom Typ PExample 6 - Organic compounds of type P
Gebrauchte DiaryletheneUsed diarylethenes
Für die Untersuchung der reversiblen Systeme wurden 7 handelsübliche Diarylethene mit den Bezeichnungen DAE0 bis DAE6 ausgewählt (Tabelle 7). Die ausgewählten Moleküle weisen dann die allgemeine Struktur von zwei Heterocyclen auf, die mindestens einen Schwefel und zwei Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen enthält. Tabelle 7: Untersuchte photochrome organische Verbindungen vom Typ P.
Thermische StabilitätThermal stability
Die thermische Stabilität der ausgewählten Additive wurde mittels thermogravimetrischer Analyse bewertet. Eine Stabilität bis zu 250 °C, oder mindestens 210 °C für PMMA und mindestens 190 °C für PC, ist erwünscht, um die Einbindung der Additive in Thermoplaste, wie z. B. PMMA und PC zu ermöglichen. Tabelle 8 fasst Temperaturen, bei denen ein Gewichtsverlust von 10 Gew.-% auftritt, und die Zersetzungstemperaturen der verwendeten Verbindungen zusammen. Tabelle 8: Charakteristische Zersetzungstemperaturen von photochromen Verbindungen vom Typ T.
CompoundingCompounding
Die photochromen Verbindungen wurden mit PMMA und PC bei 190 °C bzw. 210 °C in Mengen in dem Bereich von 0,1 bis 0,4 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung und wie angegeben in
Die photochromen Moleküle vom Typ P waren sehr gut mit PMMA und PC mischbar. Die Extrudate, die Diarylethene enthielten, waren ferner am Extruderausgang vollständig transparent, und es wurde kein thermochromes Phänomen beobachtet.The P-type photochromic molecules were very well miscible with PMMA and PC. Furthermore, the extrudates containing diarylethenes were completely transparent at the extruder exit and no thermochromic phenomenon was observed.
PhotoreaktivitätPhotoreactivity
Nach Compounding wurde die Photoreaktivität des resultierenden Thermoplasts durch eine 1-minütige Bestrahlung mit LED bei 365 nm bei 315 mW/cm2 getestet (
Mit den verwendeten Diarylethen konnte nach Bestrahlung mit der LED bei 365 nm eine breite Palette von Farben erzielt werden. Die Farben reichten von Blau bis Rot über Rosa und sogar Gelb. Bei einer Konzentration von nur 0,1 bis 0,4 Gew.-% wird bei allen Diarylethenen eine deutliche Farbänderung beobachtet, mit Ausnahme von DAE6 in PC, das bei der gewählten Bestrahlungszeit und -dosis farblos blieb. Insbesondere DAE3 und DAE5 zeigten eine sehr dunkle Färbung nach nur einer Minute Bestrahlung mit LED bei 365 nm bei einer Konzentration von 0,1 Gew.-%.With the diarylethene used, a wide range of colors could be achieved after irradiation with the LED at 365 nm. Colors ranged from blue to red to pink and even yellow. At a concentration of only 0.1 to 0.4 wt%, a clear color change is observed for all diarylethenes, with the exception of DAE6 in PC, which remained colorless at the chosen irradiation time and dose. In particular, DAE3 and DAE5 showed a very dark color after only one minute of irradiation with LED at 365 nm at a concentration of 0.1 wt%.
Farbstabilität im Lauf der ZeitColor stability over time
PMMA- und PC-Extrudate, die Diarylethene in den in
Mit Ausnahme von DAE2 in beiden Thermoplasten und DAE5 in PMMA zeigten alle Proben bis zu einem Jahr eine stabile Färbung. Im Falle von DAE5 in PMMA erfolgte diese Rückkehr zur farblosen offenen Form innerhalb mehrerer Tage. Außerdem zeigte der nicht bestrahlte Teil von DAE0 ein Gleichgewicht zwischen der gelben offenen Form und der roten geschlossenen Form, was in einer orangefarbenen Färbung des Extrudats resultiert.With the exception of DAE2 in both thermoplastics and DAE5 in PMMA, all samples showed stable coloration for up to one year. In the case of DAE5 in PMMA, this return to the colorless open form occurred within several days. Furthermore, the non-irradiated part of DAE0 showed a balance between the yellow open form and the red closed form, resulting in an orange coloration of the extrudate.
Beispiel 7 - Diarylethen-Gemische für ein lichtempfindliches PCExample 7 - Diarylethene mixtures for a light-sensitive PC
Einspritzunginjection
DAE1, das blau färbt, DAE3, das violett färbt, und DAE5, das gelb färbt, wurden ausgewählt, um in PC aufgenommen zu werden.DAE1, which stains blue, DAE3, which stains violet, and DAE5, which stains yellow, were selected to be included in PC.
Um die optischen Eigenschaften von PC, das diese Moleküle enthält, genauer zu analysieren, wurde das durch Compounding hergestellte Granulat in eine Form gespritzt, die zur Herstellung von Testproben unter Verwendung eines HAAKETM MiniJet PRO und wie in Materialien und Verfahren beschrieben verwendet wurde. Die Parameter sind ferner in Tabelle 9 unten zusammengefasst. Vor dem Einspritzen wurde das Granulat 4 Stunden bei 100 °C im Ofen getrocknet. Die Zylindertemperatur wurde auf 280 °C erhöht, um Proben mit optischer Qualität zu erlangen, d. h. mit einem Transmissionsgrad von mehr als 70 % im sichtbaren Bereich (400-800 nm). Tabelle 9: Experimentelle Parameter, die für das Formen von PC-Proben mit Diarylethenen gewählt wurden.
Frühere Tests an PC-Extrudaten haben gezeigt, dass bei DAE1, DAE3 und DAE5 eine Konzentration von nur 0,1 Gew.-% bei der Bestrahlung zu einer sehr tiefen Färbung führt. Daher wurden drei Proben, die 0,1 und 0,5 Gew.-% von jedem der drei Diarylethene enthielten, hergestellt, um die Entwicklung der Trübung der Proben bei Bestrahlung abhängig von der Konzentration der photochromen Verbindung zu untersuchen. Zusätzlich wurden PC-Proben, die Gemische von DAE1 und DAE3 mit 0,2 Gew.-% (0,1 Gew.-% DAE1 und 0,1 Gew.-% DAE1) und 0,5 Gew.-% (0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3) enthielten, geformt, um mögliche synergistische Effekte auf die Lichtdurchlässigkeit zu untersuchen, wenn photochrome Moleküle gemischt werden. Referenzproben wurden durch Einspritzen von unmodifiziertem handelsüblichem PC-Granulat unter den gleichen Bedingungen hergestellt (
Das Hinzufügen von Diarylethen verändert die Viskosität des Thermoplasts während des Einspritzvorgangs bei den betrachteten Konzentrationen nicht wesentlich. Das Fließen des Thermoplasts bei hoher Temperatur erfolgte mit und ohne Diarylethene auf die gleiche Weise, und die erlangten Proben wieden alle die gleiche Größe auf. Eine Veränderung der Viskosität könnte bei der Verarbeitung in industriellem Maßstab zu Problemen führen. Außerdem waren alle Proben vor Bestrahlung transparent ohne Ausgangsfarbe. Nach den mit dem UV-Vis-Spektrophotometer erhaltenen Transmissionsspektren waren alle erlangten Proben von optischer Qualität mit einem Transmissionsgrad von mehr als 70 % in dem Bereich von 400-800 nm. Es waren keine nennenswerten Absorptionsbänder zu erkennen, mit Ausnahme einer geringen Absorptionsmenge bei den DAE5-haltigen Proben, die zwischen 380 und 410 nm absorbieren (
Um diese Beobachtung zu bestätigen, wurden die Prüfkörper kolorimetrisch unter Verwendung des UV-Vis-Spektralphotometers analysiert, um die Größen L* (die Helligkeit von Schwarz bis Weiß), a* (die Farbe von Grün bis Rot) und b* (die Farbe von Blau bis Gelb) zu bestimmen. Aus diesen Daten konnten ΔL*, Δa* und Δb* (Unterschied im Wert der Menge zwischen der Probe und der Kontrolle) bestimmt und ΔE berechnet werden.To confirm this observation, the specimens were analyzed colorimetrically using the UV-Vis spectrophotometer to obtain the quantities L* (the brightness from black to white), a* (the color from green to red) and b* (the color from blue to yellow). From this data, ΔL*, Δa* and Δb* (difference in quantity value between the sample and the control) could be determined and ΔE could be calculated.
Um zu bestimmen, ob sich das optische Erscheinungsbild des Thermoplasts während des Einspritzvorgangs verändert, wurde die Färbung der zweiten Probe, die nach 10 Minuten erlangt wurde, mit der der ersten Probe, die nach 5 Minuten erlangt wurde, verglichen (Tabelle 10). Ein ΔE kleiner als oder gleich wie 2,0 bedeutet generell, dass keine signifikanten Farbveränderungen aufgetreten sind. Nur die Probe, die 0,1 Gew.-% DAE5 enthielt, resultierte in einem ΔE von mehr als 2,0. Tabelle 10: Farbveränderungen der Proben nach 5 Min. im Vergleich zu Proben nach 10 Minuten Verweildauer in dem Zylinder
Die Werte von Δa* und Δb* waren nahe bei Null. Es handelte sich also hauptsächlich um eine Veränderung der Klarheit mit ΔL* gleich wie 2,4 und nicht um eine Veränderung der Farbe. Dieses Phänomen konnte auch bei den PC-Referenzproben mit einem ΔL* von 0,9 beobachtet werden. Generell trat während der Einspritzzeit bei allen Proben keine Vergilbung auf, da die Δb*-Werte alle nahe Null waren. Der Einspritzvorgang induzierte also keine Färbung aufgrund von Zersetzung, und selbst nach 10 Minuten in dem Zylinder bei 280 °C wurde keine merkliche Abnahme der optischen Eigenschaften beobachtet.The values of Δa* and Δb* were close to zero. So it was mainly a change in clarity with ΔL* equal to 2.4 and not a change in color. This phenomenon could also be observed in the PC reference samples with a ΔL* of 0.9. In general, no yellowing occurred in all samples during the injection period as the Δb* values were all close to zero. Thus, the injection process did not induce coloration due to decomposition, and no noticeable decrease in optical properties was observed even after 10 minutes in the cylinder at 280 °C.
Um die Auswirkungen des Hinzufügens von Diarylethenen zu PC auf die anfängliche Farbe der Proben zu bestimmen, wurde die Färbung der Proben, die nach 5 Minuten in dem Zylinder erlangt wurde und Diarylethene enthielten, mit einer handelsüblichen PC-Referenzprobe verglichen, die ebenfalls nach 5 Minuten in dem Zylinder erlangt wurde. Zu diesem Zweck wurden die Werte von ΔL*, Δa*, Δb* und ΔE für jede Probe bestimmt (Tabelle 11).To determine the effects of adding diarylethenes to PC on the initial color of the samples, the coloration of samples obtained after 5 minutes in the cylinder containing diarylethenes was compared to a commercial PC reference sample also obtained after 5 minutes was obtained in the cylinder. For this purpose, the values of ΔL*, Δa*, Δb* and ΔE were determined for each sample (Table 11).
Nur die Proben, die DAE5 enthielten, wiesen ein ΔE von mehr als 2,0 auf. Allerdings zeigte nur die Probe enthaltend 0,5 Gew.-% DAE5 ein leicht erhöhtes positives Δb*. Die Werte von b*, die von blau nach gelb gehen, entsprechen einer Zunahme in Richtung gelb. Tatsächlich zeigen die PC-Proben mit 0,5 Gew.-% DAE5 eine leichte Absorption um 400-435 nm, die für Gelb charakteristisch ist. Die Probe enthaltend 0,1 Gew.-% DAE5 weist einen Δb*-Wert von 1,3 auf, der noch völlig akzeptabel ist. Der ΔL*-Wert von -2,7 resultiert in einem ΔE, der größer ist als 2,0. Tabelle 11: Einfluss der Photochrome auf die Ausgangsfarbe der Proben
Keine der drei Verbindungen zeigte Anzeichen für eine Zersetzung während des Einspritzvorgangs, da keine Vergilbung beobachtet wurde, als die Verweilzeit in dem Zylinder erhöht wurde. DAE1 und DAE3 verursachten keine anfängliche Färbung des PC. DAE5 zeigte bei Konzentrationen über 0,1 Gew.-% eine leichte Gelbfärbung.None of the three compounds showed signs of degradation during the injection process as no yellowing was observed as the residence time in the cylinder was increased. DAE1 and DAE3 did not cause initial staining of the PC. DAE5 showed a slight yellow color at concentrations above 0.1 wt%.
Kolorimetrische AnalyseColorimetric analysis
Die eingespritzte Probe wurde nach einer Verweilzeit von 10 Minuten in dem Zylinder bei 280 °C von jedem Gemisch mit der LED bei 365 nm bei einer Leistung von 315 mW/cm2 bestrahlt. Die Färbung abhängig von der Bestrahlungszeit wurde dann durch UV-Vis-Spektrophotometrie überwacht.The injected sample was irradiated with the LED at 365 nm at a power of 315 mW/cm 2 from each mixture after a residence time of 10 minutes in the cylinder at 280 °C. The coloration depending on the irradiation time was then monitored by UV-Vis spectrophotometry.
Bei jeder der Proben trat eine sichtbare Färbung nach nur 1 Sekunde Bestrahlung mit der LED bei 365 nm auf (
Die Absorptionsspektren der einzelnen Proben wurden während der Bestrahlung aufgezeichnet. Bei jeder Probe erschien ab der ersten Sekunde der Bestrahlung ein Absorptionsband. Die Wellenlänge, bei der die Absorption am größten ist, λmax, war für jedes Diarylethen oder Gemisch charakteristisch: 590 nm für DAE1, 534 nm für DAE3, 434 nm für DAE5 und 570 nm für die Gemische aus DAE1 und DAE3 (Tabelle 12). Die Absorption bei den Wellenlängen λmax wurde abhängig von der Bestrahlungszeit beobachtet (
Die Transmissionsspektren zeigen den Transmissionsgrad abhängig von der Bestrahlungszeit (
Je nach den vom Benutzer eingestellten Kriterien ist es somit möglich, PC-Proben zu erlangen, die bei Wellenlängen zwischen 300 und 670 nm undurchsichtig sind (
Die Entwicklung der Färbung der Proben unter Bestrahlung kann durch eine kolorimetrische Untersuchung analysiert werden. Es ist dann möglich, jede Farbe, die für jede Probe zu einer bestimmten Bestrahlungszeit erlangt wurde, im L*a*b*-Rahmen darzustellen (
Bemerkenswert ist, dass sich der Wert der Leuchtkraft L* (0 = schwarz, 100 = weiß), der anfangs bei allen Proben nahe bei 90 war, während der Bestrahlung stark veränderte, außer bei den DAE5-haltigen Proben, wo er konstant blieb (
Die Resultate zeigen, dass es möglich war, photochrome PC-Proben zu erlangen, die in der Lage sind, sich in wenigen Sekunden zu färben und über einen Bereich von Wellenlängen sogar undurchsichtig zu werden, und dies für Proben, die 0,5 Gew.-% DAE1 oder DAE3 enthalten, sowie für die Proben, die das Gemisch aus 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3 enthalten.The results show that it was possible to obtain photochromic PC samples capable of coloring in a few seconds and even becoming opaque over a range of wavelengths, for samples containing 0.5 wt. -% DAE1 or DAE3, as well as for the samples containing the mixture of 0.25% by weight DAE1 and 0.25% by weight DAE3.
AlterungsverhaltenAging behavior
Nach der Untersuchung der Färbung der Verbindungen im PC wurde ein beschleunigtes Alten bei 100 °C über 500 Stunden durchgeführt, um die Haltbarkeit der gefärbten (geschlossenen) und farblosen (offenen) Form von jeder Probe zu bestimmen. Zu diesem Zweck wurden die eingespritzten Proben nach einer Verweilzeit von 5 Minuten in dem Zylinder bei 280 °C von jedem Gemisch mit der LED bei 365 nm bei einer Leistung von 315 mW/cm2 entsprechend den in Tabelle 14 definierten und oben ermittelten Zeiten bestrahlt (
Nach Bestrahlung wurden die Prüfkörper in einem Ofen bei 100 °C im Dunkeln gelagert. Nach 500 Stunden wurde bei den Proben mit 0,1 Gew.-% DAE1, 0,5 Gew.-% DAE3 und der Mischung aus 0,1 Gew.-% DEA1 und 0,1 Gew.-% DAE3 ein leichter Farbverlust festgestellt. Die Färbung der anderen 5 Proben, die Diarylethene enthalten, scheint unverändert zu sein, und in der nicht bestrahlten Zone wird bei allen Proben keine Vergilbung beobachtet (
Um diese Beobachtungen weiter zu charakterisieren, wurde das Δb* des nicht bestrahlten Teils jeder Probe während der Alterungszeit überwacht (
Anhand dieser Menge konnte das Vorhandensein einer Vergilbung festgestellt werden, die auf eine Zersetzung von PC oder photochromen Verbindungen zurückzuführen sein könnte, ohne dass eine Bestrahlung erfolgte. Die absoluten Δb*-Werte waren nach 500 Stunden zwischen 0 und 2,0, mit Ausnahme der PC-Probe, die 0,5 Gew.-% DAE1 enthielt, und der Probe, die das Gemisch aus 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3 enthielt. Der Wert von Δb* war in diesem Fall kleiner als 0, was einer Verstärkung des blauen Farbtons entspricht.This quantity made it possible to detect the presence of yellowing, which could be due to decomposition of PC or photochromic compounds without irradiation. The absolute Δb* values were between 0 and 2.0 after 500 hours, except for the PC sample containing 0.5 wt% DAE1 and the sample containing the mixture of 0.25 wt% DAE1 and 0.25% by weight of DAE3. The value of Δb* in this case was less than 0, which corresponds to an increase in the blue hue.
Dies lässt sich durch die leichte Blaufärbung in dem nicht bestrahlten Bereich erklären, die durch die Diffusion während der Bestrahlung in dem unteren Bereich der Probe entsteht. Die Messung zum Anfangszeitpunkt wurde nämlich vor der Bestrahlung durchgeführt, als die Blaufärbung in diesem nicht bestrahlten Bereich noch nicht vorhanden war. Die Werte von Δb* schwankten jedoch im Laufe der Zeit nicht um mehr als 2 Einheiten (
Außerdem kann die Entwicklung der Färbung der Proben in dem bestrahlten Bereich durch das ΔE charakterisiert werden. Die Proben, die nur DAE3 und DAE5 enthielten, und die Probe, die 0,5 Gew.-% DEA1 enthielt, zeigten eine relativ stabile Färbung über die 500 Stunden, auch wenn die ΔE-Werte nahe bei 2,0 waren. Bei den Proben enthaltend 0,1 DAE1 und der Probe enthaltend ein Gemisch aus 0,1 Gew.-% DAE1 und 0,1 Gew.-% DEA3 war eine kontinuierliche Entwicklung der Farbe mit zunehmendem ΔE etwas über 2,0 zu beobachten (
Generell wurde eine Farbveränderung in den bestrahlten Bereichen beobachtet (Tabelle 16). Die Proben, enthaltend DAE3, DAE5 und die Probe umfassend ein Gemisch aus 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3, weisen jedoch ein ΔE von etwas über 2,0 auf und waren akzeptabel. Wenn ΔE größer als 2,0 ist, kann das menschliche Auge die zwei Farben unterscheiden, aber je nach Anwendung kann auch ein größerer Unterschied akzeptiert werden. Tabelle 16: Entwicklung der Farbe des bestrahlten Bereichs nach 500 Std. bei 100 °C abhängig von der Zusammensetzung der PC-Probe.
Die für eine Färbungsstudie verwendeten Proben wurden zwei Monate lang bei Raumtemperatur und im Dunkeln gelagert, um zu bestimmen, ob die bei bestimmten Proben beobachtete Entfärbung auf eine anfängliche Relaxation zurückzuführen ist. Tabelle 17: Entwicklung der Farbe nach 2 Monaten bei Raumtemperatur abhängig von der Zusammensetzung der PC-Probe.
Die ΔE-Werte blieben bei der Mehrzahl der Proben unter 2,0 (Tabelle 17), sodass es in den frühen Stadien keine Relaxation gab. Bei der Probe enthaltend 0,1 Gew.-% DAE5 mit einem Δb* von -3,4 wurde jedoch ein Verlust der Gelbfärbung beobachtet. Insbesondere die Proben, die 0,5 Gew.-% DAE1, DAE5 und das Gemisch aus 0,5 Gew.-% DAE1 und DAE3 enthielten, wiesen eine Stabilität ihrer Färbung mit einem ΔE-Wert von weniger als 0,6 auf.The ΔE values remained below 2.0 for the majority of samples (Table 17), so there was no relaxation in the early stages. However, a loss of yellow coloration was observed in the sample containing 0.1% by weight of DAE5 with a Δb* of -3.4. In particular, the samples containing 0.5 wt% DAE1, DAE5 and the mixture of 0.5 wt% DAE1 and DAE3 had stability of their coloring with a ΔE value of less than 0.6.
Beispiel 8 - Einführung von Diarylethenen in PC in halbindustriellem MaßstabExample 8 - Introduction of diarylethenes into PC on a semi-industrial scale
CompoundingCompounding
Das Compounding von Diarylethenen mit PC-Granulat wurde auf dem halbindustriellen Compounder HAAKETM Rheomex CTW100 QC durchgeführt, wie es in Material und Verfahren beschrieben ist, wobei ein Extrudat mit einer Geschwindigkeit von 1 kg/Std. erlangt wurde. Die Temperatur in dem Zylinder der halbindustriellen Vorrichtung wurde auf 190 °C eingestellt. Es wurden Proben umfassend eine Endmenge von 0,25 Gew.-% DAE1- und 0,25 Gew.-% DAE3-Formulierung in PC hergestellt.Compounding of diarylethenes with PC granules was carried out on the HAAKETM Rheomex CTW100 QC semi-industrial compounder as described in Materials and Methods, producing an extrudate at a rate of 1 kg/hr. was obtained. The temperature in the cylinder of the semi-industrial device was set at 190 °C. Samples were prepared comprising a final amount of 0.25 wt% DAE1 and 0.25 wt% DAE3 formulation in PC.
Die Probe, umfassend ein Gemisch aus 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3, wurde aus einem Masterbatch erlangt, das 2,5 Gew.-% für jedes der zwei Diarylethene umfasst. The sample, comprising a mixture of 0.25 wt% DAE1 and 0.25 wt% DAE3, was obtained from a masterbatch comprising 2.5 wt% for each of the two diarylethenes.
Die Drehgeschwindigkeit der Schnecken wurde für das Masterbatch auf 25 U/Min. und für die Verdünnung auf die gewünschte Endmischung auf 100 U/Min. eingestellt.The rotation speed of the screws was set to 25 rpm for the masterbatch. and for dilution to the desired final mixture at 100 rpm. set.
Die resultierenden Masterbatch-Pellets wiesen eine leichte bläuliche Färbung auf (nicht gezeigt), die nach Verdünnung mit reinen handelsüblichen PC-Pellets auf die Endkonzentration verschwand. Für diese Molekülfamilie wurden keine thermochromen Phänomene beobachtet. Das Granulat, das die zwei Diarylethene in einer Konzentration von 0,25 Gew.-% enthielt (
DSC-Analysen wurden mit Pellets durchgeführt, die im halbindustriellen Compounder erlangt wurden, und mit Pellets verglichen, die im Labormaßstab hergestellt wurden. Das charakteristische Signal der Glasübergangstemperatur um 144 °C wurde durch die Mischverfahren nicht beeinträchtigt (Daten nicht gezeigt).DSC analyzes were performed on pellets obtained in the semi-industrial compounder and compared with pellets produced on a laboratory scale. The characteristic signal of the glass transition temperature around 144 °C was not affected by the mixing procedures (data not shown).
Einspritzunginjection
Platten mit einer Größe von 167,00 x 84,50 mm und einer Stärke von 2,50 mm wurden unter Verwendung von unmodifiziertem handelsüblichem PC-Granulat, dem handelsüblichen PC-Granulat, das einmal auf der in Materialien und Verfahren beschriebenen halbindustriellen Vorrichtung HAAKETM Rheomex CTW100 QC Compounder extrudiert wurde (gleiche Parameter für jede Charge), und unter Verwendung des mit 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3 compoundierten PC-Granulats auf dem halbindustriellen Gerät hergestellt.Plates measuring 167.00 x 84.50 mm and 2.50 mm thick were fabricated using unmodified commercial PC granules, the commercial PC granules once cast on the HAAKETM Rheomex semi-industrial apparatus described in Materials and Methods CTW100 QC Compounder (same parameters for each batch) and produced using the PC granules compounded with 0.25 wt% DAE1 and 0.25 wt% DAE3 on the semi-industrial equipment.
Vor Einspritzen wurden die unmodifizierten handelsüblichen PC-Granulate, die handelsüblichen PC-Granulate, die einmal auf dem halbindustriellen Compounder extrudiert wurden, und die PC-Granulate, die mit 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3 auf dem halbindustriellen Compounder compoundiert wurden, 5, 7 bzw. 8 Stunden lang bei 120 °C in Trockenöfen gelagert, was ein optionaler Schritt ist.Before injection, the unmodified commercial PC granules, the commercial PC granules extruded once on the semi-industrial compounder, and the PC granules containing 0.25 wt% DAE1 and 0.25 wt% DAE3 compounded on the semi-industrial compounder, stored in drying ovens at 120 °C for 5, 7 and 8 hours, respectively, which is an optional step.
Die Drehgeschwindigkeit der Einspritzschnecke wurde auf 100 U/Min. eingestellt. An dem Schneckenzylinder wurde ein Temperaturgradient angewendet (
Die Temperatur wurde schrittweise zum Auslass hin erhöht (
Die aus den drei Chargen erlangten Platten zeigten eine gute Transparenz (
Die Messungen von L*, a* und b* an den drei Chargen der gespritzten Platten ermöglichten ein Bestimmen der einzelnen ΔE. Das ΔE zwischen Platten, die aus einmal extrudierten Pellets hergestellt wurden, und Platten, die aus handelsüblichen Pellets hergestellt wurden, war 0,9. Das ΔE zwischen Platten, die aus einmal extrudierten Pellets hergestellt wurden, und Platten, die aus compoundierten Pellets umfassend 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3 hergestellt wurden, war 0,8. Das ΔE zwischen Platten, die aus compoundierten Pellets umfassend 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3 hergestellt wurden, und Platten, die aus einmal extrudierten Pellets hergestellt wurden, war 0,3.The measurements of L*, a* and b* on the three batches of sprayed panels allowed the individual ΔE to be determined. The ΔE between panels made from once-extruded pellets and panels made from commercial pellets was 0.9. The ΔE between panels made from once-extruded pellets and panels made from compounded pellets comprising 0.25 wt% DAE1 and 0.25 wt% DAE3 was 0.8. The ΔE between sheets made from compounded pellets comprising 0.25 wt% DAE1 and 0.25 wt% DAE3 and sheets made from once-extruded pellets was 0.3.
Dabei zeigte sich, dass bei Einspritzen bei sehr hohen Temperaturen keine Zersetzung von PC oder photochromen Verbindungen erfolgt. Dies ist überraschend, da nach der thermogravimetrischen Analyse 91 % von DAE1 und 37 % von DAE3 bei 320 °C zersetzt sein sollten.It was shown that no decomposition of PC or photochromic compounds occurs when injected at very high temperatures. This is surprising since, according to the thermogravimetric analysis, 91% of DAE1 and 37% of DAE3 should have decomposed at 320 °C.
Eigenschaften der resultierenden thermoplastischen TeileProperties of the resulting thermoplastic parts
PhotoreaktivitätPhotoreactivity
Auf die Hälfte einer 2,5 mm starken PC-Platte, umfassend 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3, wurde eine Maske aufgelegt, die andere Hälfte wurde 2 Minuten mit einem LED-Projektor bei 395 nm mit 100 mW/cm2 belichtet. Die erzielte Färbung war sehr homogen und trat nur in dem Bereich auf, der der Bestrahlung ausgesetzt war (
Die gleiche Platte wurde dann nur in der Mitte unter einer LED bei 525 nm über 1 Minute bei 1 W/cm2 belichtet. Die Färbung verschwand dann nur in dem bestrahlten Bereich, ohne dass die farblose Form der Diarylethene verändert wurde (
In einem zweiten Schritt wurde die Färbung genauer untersucht und mit den Ergebnissen verglichen, die zuvor mit den im Labormaßstab hergestellten Proben mit einer Stärke von nur 1,0 mm erlangt wurden. Aus den 2,5 mm starken gespritzten Platten wurden PC-Prüfkörper umfassend 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3 von 10 x 60 mm hergestellt und mit PC-Prüfkörpern umfassend 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3 von 10 x 60 mm und einer Stärke von 1 mm verglichen. Die Farbe der Proben wurde abhängig von der Bestrahlungszeit mit der LED bei 365 nm bei 315 mW/cm2 überwacht (
Eine Färbung wurde bei beiden Stärken bereits nach 1 Sekunde Bestrahlung erlangt. Bei der 2,5-mm-Probe war eine Bestrahlungsdauer von mindestens 180 Sekunden erforderlich, um eine homogene Färbung über die gesamte Stärke und eine undurchsichtige Färbung zu erlangen.Coloring was achieved at both strengths after just 1 second of irradiation. For the 2.5 mm sample, an irradiation time of at least 180 seconds was required to achieve homogeneous coloring across the entire thickness and opaque coloring.
Die Absorption der PC-Proben, umfassend 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3 in beiden Stärken, wurde ferner mit dem UV-Vis-Spektrophotometer überwacht. Die Wellenlänge des Absorptionsmaximums, 570 nm, blieb mit der Stärke unverändert, und die Absorption bei dieser Wellenlänge nahm ebenfalls zu. Obwohl die Absorption bei der 2,5-mm-Probe etwas geringer war, glich sie sich nach 50 Minuten Bestrahlung an und wurde dann deutlicher (
Anhand der Transmissionsspektren konnten die Werte von L*, a* und b* abhängig von der Bestrahlungszeit für die beiden unterschiedlichen Stärken verfolgt werden (
Der Farbton h° war für beide Probenstarken identisch (Daten nicht gezeigt), aber die Sättigung C* wurde für die 2,5 mm Probe nach 10 Minuten Bestrahlung höher. Wie der Transmissionsgrad nahm auch die Leuchtkraft L* bei der 2,5-mm-Probe etwas weniger schnell ab, erreichte aber nach 4500 Sekunden Bestrahlung das gleiche Minimum (
Beschleunigtes AlternAccelerated aging
Proben aus jeder Charge von eingespritzten 2,5 mm starken PC-Platten (hergestellt aus handelsüblichen Pellets, hergestellt aus handelsüblichen, einmal extrudierten Pellets, hergestellt aus Pellets, die mit 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3 compoundiert waren) wurden 500 Stunden im Dunkeln bei 100 °C im Ofen gealtert. Außerdem wurde eine gespritzte PC-Platte, die aus Pellets hergestellt wurde, die das Diarylethen-Gemisch aus 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE enthielten, 35 Minuten lang mit der LED bei 365 nm bei 315 mW/cm2 bestrahlt und anschließend 500 Stunden im Dunkeln bei 100 °C im Ofen gealtert.Samples from each batch of injected 2.5 mm thick PC sheets (made from commercial pellets, made from commercial pellets once extruded, made from pellets containing 0.25 wt% DAE1 and 0.25 wt% DAE3 compounded) were aged in the oven for 500 hours in the dark at 100 °C. In addition, a sprayed PC plate made from pellets containing the diarylethene mixture of 0.25 wt% DAE1 and 0.25 wt% DAE was exposed to the LED at 365 nm at 315 for 35 minutes mW/cm 2 and then aged in an oven in the dark at 100 °C for 500 hours.
Nach Alterung ist bei allen Proben keine Vergilbung zu beobachten, und die blaue Farbe scheint nicht beeinträchtigt zu sein. Die Färbung der ursprünglich bestrahlten Probe bleibt tief, homogen und über den bestrahlten Bereich lokalisiert (
Um diese Beobachtungen zu bestätigen, wurde die Farbveränderung der Proben während der Alterung mit UV-Vis-Spektrophotometrie überwacht. Aus den bei der Transmission erlangten Daten wurden die Größen ΔL*, Δa*, Δb* und ΔE berechnet (Tabelle 18). Nur der ΔE-Wert für die gefärbten PC-Proben war höher als 2,0, blieb aber sehr nahe an diesem Wert. insbesondere bei den Proben ohne Farbveränderung waren alle absoluten Δb*-Werte nicht höher als 2,0. Es wurde also keine Vergilbung aufgrund des Extrusionsprozesses oder des Vorhandenseins von Diarylethenen bestimmt. Tabelle 18: Farbentwicklung nach 500 Std. bei 100 °C abhängig von der Zusammensetzung von 2,5 mm starken PC-Platten
Das Gemisch aus 0,25 Gew.-% DAE1 und 0,25 Gew.-% DAE3 in PC zeigte daher eine sehr gute Beständigkeit gegenüber Compounding- und Einspritzprozessen, und die Stabilität der gefärbten Form über die Zeit war ausgezeichnet.The mixture of 0.25 wt% DAE1 and 0.25 wt% DAE3 in PC therefore showed very good resistance to compounding and injection processes, and the stability of the colored mold over time was excellent.
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